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Dangers liés au faisceau
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Dangers non liés au faisceau
Les dangers des lasers peuvent être séparés en deux catégories générales – les dangers liés au faisceau pour les yeux et la peau et les dangers non liés au faisceau, tels que les dangers électriques et chimiques.
Dangers liés au faisceau
Les appareils laser mal utilisés sont potentiellement dangereux. Les effets peuvent aller de brûlures cutanées légères à des lésions irréversibles de la peau et des yeux. Les dommages biologiques causés par les lasers sont produits par des processus thermiques, acoustiques et photochimiques.
Les effets thermiques sont causés par une augmentation de la température suite à l’absorption de l’énergie laser. La gravité des dommages dépend de plusieurs facteurs, notamment la durée d’exposition, la longueur d’onde du faisceau, l’énergie du faisceau, ainsi que la zone et le type de tissu exposé au faisceau.
Les effets acoustiques résultent d’une onde de choc mécanique, propagée à travers les tissus, qui finit par les endommager. Cela se produit lorsque le faisceau laser provoque une vaporisation localisée du tissu, provoquant l’onde de choc analogue aux ondulations de l’eau résultant du lancement d’une pierre dans un étang.
L’exposition au faisceau peut également provoquer des effets photochimiques lorsque les photons interagissent avec les cellules du tissu. Une modification de la chimie cellulaire peut entraîner des dommages ou des modifications des tissus. Les effets photochimiques dépendent fortement de la longueur d’onde. Le tableau 2 résume les effets biologiques probables de l’exposition des yeux et de la peau à différentes longueurs d’onde.
| Photobiologique Domaine spectral |
Œil | peau |
|---|---|---|
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Ultraviolet C (200 nm -. 280 nm) |
Photokératite |
Erythème (coup de soleil) |
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Ultraviolet B (280 nm – 315 nm) |
Photokératite |
Pigmentation accrue |
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Ultraviolet A (315 nm – 400 nm) |
Cataracte photochimique |
Assombrissement du pigment |
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Visible (400 nm – 780 nm) |
Les lésions photochimiques et thermiques de la rétine |
L’assombrissement du pigment |
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L’infrarouge A (780 nm – 1400 nm) |
Cataracte et brûlure de la rétine |
Brûlure de la peau |
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Infrarouge B (1.4mm – 3.0 mm) |
Brûlure cornéenne, éruption aqueuse, cataracte |
Brûlure cutanée |
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Infrarouge C (3.0 mm – 1000 mm) |
Brûlure cornéenne uniquement |
Brûlure cutanée |
Types d’expositions au faisceau (haut)
L’exposition au faisceau laser ne se limite pas à l’exposition directe au faisceau. En particulier pour les lasers de haute puissance, l’exposition aux réflexions du faisceau peut être tout aussi dommageable que l’exposition au faisceau primaire.
L’exposition intra-faisceau signifie que l’œil ou la peau est exposé directement à tout ou partie du faisceau laser. L’œil ou la peau est exposé à la totalité de l’irradiance ou de l’exposition rayonnante possible.
Les réflexions spéculaires des surfaces miroir peuvent être presque aussi nocives que l’exposition au faisceau direct, en particulier si la surface est plate. Les surfaces incurvées de type miroir élargiront le faisceau de sorte que, même si l’œil ou la peau exposés n’absorbent pas l’impact total du faisceau, il y a une plus grande zone d’exposition possible.
Une surface diffuse est une surface qui réfléchira le faisceau laser dans de nombreuses directions. Les surfaces de type miroir qui ne sont pas complètement plates, comme les bijoux ou les outils métalliques, peuvent provoquer des réflexions diffuses du faisceau. Ces réflexions ne véhiculent pas toute la puissance ou l’énergie du faisceau primaire, mais peuvent néanmoins être dangereuses, en particulier pour les lasers de forte puissance. Les réflexions diffuses des lasers de classe 4 sont capables de déclencher des incendies.
La question de savoir si une surface est un réflecteur diffus ou un réflecteur spéculaire dépendra de la longueur d’onde du faisceau. Une surface qui serait un réflecteur diffus pour un laser visible peut être un réflecteur spéculaire pour un faisceau laser infrarouge.
OEil (haut)
Le principal danger de la lumière laser est les dangers des faisceaux qui entrent dans l’œil. L’œil est l’organe le plus sensible à la lumière. Tout comme une loupe peut être utilisée pour focaliser le soleil et brûler du bois, la lentille de l’œil humain focalise le faisceau laser en un point minuscule qui peut brûler la rétine. Un faisceau laser à faible divergence entrant dans l’œil peut être focalisé jusqu’à une zone de 10 à 20 microns de diamètre.
Les lois de la thermodynamique ne limitent pas la puissance des lasers. La deuxième loi stipule que la température d’une surface chauffée par un faisceau provenant d’une source thermique de rayonnement ne peut pas dépasser la température du faisceau source. Le laser est une source non thermique et est capable de générer des températures bien supérieures à la sienne. Un laser de 30 mW fonctionnant à température ambiante est capable de produire suffisamment d’énergie (lorsqu’il est focalisé) pour brûler instantanément du papier.
Selon la loi de la conservation de l’énergie, la densité d’énergie (mesure de l’énergie par unité de surface) du faisceau laser augmente lorsque la taille du spot diminue. Cela signifie que l’énergie d’un faisceau laser peut être intensifiée jusqu’à 100 000 fois par l’action de focalisation de l’œil. Si l’irradiation entrant dans l’œil est de 1 mW/cm2, l’irradiation au niveau de la rétine sera de 100 W/cm2. Ainsi, même un laser de faible puissance de l’ordre du milliwatt peut provoquer une brûlure s’il est focalisé directement sur la rétine.
Ne JAMAIS pointer un laser sur les yeux de quelqu’un, quelle que soit la faible puissance du laser.
Structure de l’œil (haut)
Les dommages causés à l’œil dépendent de la longueur d’onde du faisceau. Afin de comprendre les effets possibles sur la santé, il est important de comprendre les fonctions des principales parties de l’œil humain.
La cornée est la couche de tissu transparent qui recouvre l’œil. Les lésions de la cornée externe peuvent être inconfortables (comme une sensation de grumeau) ou douloureuses, mais elles guérissent généralement rapidement. Les dommages causés aux couches plus profondes de la cornée peuvent entraîner des lésions permanentes.
Coupe transversale de l’œil humain
Le cristallin concentre la lumière pour former des images sur la rétine. Avec le temps, le cristallin devient moins souple, ce qui rend plus difficile la mise au point sur les objets proches. Avec l’âge, le cristallin se trouble également et finit par s’opacifier. C’est ce qu’on appelle une cataracte. Tout cristallin finit par développer une cataracte.
La partie de l’œil qui assure la vision la plus aiguë est la fovea centralis (également appelée macula lutea). Il s’agit d’une zone relativement petite de la rétine (3 à 4%) qui fournit la vision la plus détaillée et la plus aiguë ainsi que la perception des couleurs. C’est pourquoi les yeux bougent lorsque vous lisez ou lorsque vous regardez quelque chose ; l’image doit être focalisée sur la fovéa pour une perception détaillée. Le reste de la rétine peut percevoir la lumière et le mouvement, mais pas les images détaillées (vision périphérique).
Si une brûlure laser se produit sur la fovéa, la plupart de la vision fine (lecture et travail) peut être perdue en un instant. Si une brûlure au laser se produit dans la vision périphérique, elle peut produire peu ou pas d’effet sur la vision fine. Des brûlures répétées de la rétine peuvent entraîner la cécité.
Heureusement, l’œil possède un mécanisme d’autodéfense : le clignement ou la réaction d’aversion. Lorsqu’une lumière vive frappe l’œil, celui-ci a tendance à cligner des yeux ou à se détourner de la source lumineuse (aversion) en un quart de seconde. Ce mécanisme peut protéger l’œil contre les dommages causés par les lasers de faible puissance, mais ne peut rien pour les lasers de forte puissance. Avec les lasers de forte puissance, les dommages peuvent survenir en moins d’un quart de seconde.
Les symptômes d’une brûlure laser dans l’œil comprennent un mal de tête peu de temps après l’exposition, un larmoiement excessif et l’apparition soudaine de flotteurs dans votre vision. Les flotteurs sont ces distorsions tourbillonnantes qui apparaissent de manière aléatoire dans la vision normale, le plus souvent après un clignement ou lorsque les yeux ont été fermés pendant quelques secondes. Les flotteurs sont causés par des tissus cellulaires morts qui se détachent de la rétine et de la choroïde et flottent dans l’humeur vitrée. Les ophtalmologistes considèrent souvent les blessures mineures dues au laser comme des flotteurs, car il est très difficile de détecter les blessures mineures de la rétine. Les brûlures cornéennes mineures provoquent une sensation de gravier, comme du sable dans l’œil.
Plusieurs facteurs déterminent le degré de lésion de l’œil par la lumière laser :
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taille de la pupille – Le rétrécissement du diamètre de la pupille réduit la quantité d’énergie totale délivrée à la surface de la rétine. La taille de la pupille varie d’un diamètre de 2 mm en plein soleil à un diamètre de 8 mm dans l’obscurité (vision nocturne).
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degré de pigmentation – Plus de pigment (mélanine) entraîne une plus grande absorption de chaleur.
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taille de l’image rétinienne – Plus la taille est grande, plus les dommages sont importants car l’équilibre de température doit être atteint pour faire des dommages. Le taux de formation de l’équilibre est déterminé par la taille de l’image.
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Durée de l’impulsion – Plus le temps est court (ns par rapport à ms), plus les chances de lésions sont grandes.
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Répétition de l’impulsion – Plus le taux est rapide, moins les chances de dissipation de la chaleur et de récupération sont grandes.
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La longueur d’onde – détermine l’endroit où l’énergie se dépose et la quantité qui traverse le milieu oculaire.
Site d’absorption de l’œil en fonction de la longueur d’onde (haut)
La longueur d’onde détermine l’endroit où l’énergie laser est absorbée dans l’œil.
Source : Sliney & Wolbarsht, Safety with Lasers and Other Optical Sources, Plenum Press, 1980
Les lasers dans la gamme visible et proche infrarouge du spectre ont le plus grand potentiel de lésion rétinienne, car la cornée et le cristallin sont transparents à ces longueurs d’onde et le cristallin peut focaliser l’énergie laser sur la rétine. L’absorption maximale de l’énergie laser sur la rétine se produit dans la plage de 400 à 550 nm. Les lasers à argon et à YAG fonctionnent dans cette plage, ce qui en fait les lasers les plus dangereux en termes de blessures oculaires. Les longueurs d’onde inférieures à 550 nm peuvent provoquer une lésion photochimique similaire à un coup de soleil. Les effets photochimiques sont cumulatifs et résultent de longues expositions (plus de 10 secondes) à une lumière diffuse ou dispersée. Le tableau 3 résume les effets les plus probables d’une surexposition à divers lasers couramment utilisés.
Skin (haut)
Les lasers peuvent endommager la peau par des brûlures photochimiques ou thermiques. Selon la longueur d’onde, le faisceau peut pénétrer à la fois l’épiderme et le derme. L’épiderme est la couche vivante la plus externe de la peau. Les ultraviolets lointains et moyens (les UV actiniques) sont absorbés par l’épiderme. Un coup de soleil (rougissement et cloques) peut résulter d’une exposition de courte durée à ce rayonnement. L’exposition aux UV est également associée à un risque accru de développer un cancer de la peau et un vieillissement prématuré (rides, etc) de la peau.
Les brûlures thermiques de la peau sont rares. Elles nécessitent généralement une exposition à des faisceaux de haute énergie pendant une période de temps prolongée. Le dioxyde de carbone et les autres lasers infrarouges sont le plus souvent associés à des brûlures thermiques, car cette gamme de longueurs d’onde peut pénétrer profondément dans les tissus cutanés. La brûlure qui en résulte peut être du premier degré (rougissement), du deuxième degré (cloques) ou du troisième degré (carbonisation).
Certaines personnes sont photosensibles ou peuvent prendre des médicaments sur ordonnance qui induisent une photosensibilité. Une attention particulière doit être accordée à l’effet de ces médicaments (prescrits), y compris certains antibiotiques et fongicides, sur l’individu qui prend le médicament et qui travaille avec ou autour des lasers.
Dangers non liés au faisceau (haut)
En plus des dangers directement associés à l’exposition au faisceau, des dangers annexes peuvent être produits par les bouteilles de gaz comprimé, les matériaux cryogéniques et toxiques, les rayonnements ionisants et les chocs électriques.
Dangers électriques (haut)
L’utilisation de lasers ou de systèmes laser peut présenter un risque de choc électrique. Cela peut se produire par contact avec des conducteurs exposés d’utilisation de l’alimentation électrique, de commande des appareils et d’alimentation fonctionnant à des potentiels de 50 volts ou plus. Ces expositions peuvent se produire lors de la mise en place ou de l’installation, de la maintenance et de l’entretien du laser, où les couvercles de protection de l’équipement sont souvent retirés pour permettre l’accès aux composants actifs nécessaires à ces activités. Les effets peuvent aller d’un léger picotement à des blessures graves, voire mortelles. La protection contre le contact accidentel avec des conducteurs sous tension au moyen d’un système de barrières est la principale méthodologie pour prévenir les chocs électriques.
Des exigences supplémentaires en matière de sécurité électrique sont imposées aux dispositifs et systèmes laser et à ceux qui travaillent avec eux par l’administration fédérale de la sécurité et de la santé au travail OSHA, le code électrique national et les réglementations étatiques et locales connexes. Les personnes qui réparent ou entretiennent les lasers peuvent avoir besoin d’une formation spécialisée sur les pratiques de travail liées à la sécurité électrique. Contactez l’ingénieur de sécurité de l’université au 258-5294 pour une inspection de sécurité électrique et/ou la formation requise.
Un autre danger particulier est que les fournitures électriques à haute tension et les condensateurs pour les lasers sont souvent situés à proximité des pompes, lignes, filtres d’eau de refroidissement, etc. En cas de déversement ou de rupture de tuyau, une situation extrêmement dangereuse peut en résulter. En cas de déversement ou de rupture d’un tuyau, il peut en résulter une situation extrêmement dangereuse. En période de forte humidité, un refroidissement excessif peut entraîner une condensation qui peut avoir des effets similaires. Un accident potentiellement mortel s’est produit à l’Université de Princeton lorsqu’un étudiant diplômé a ouvert un laser pour essuyer la condensation d’un tube.
Les recommandations suivantes visent à prévenir les chocs électriques pour les lasers de toutes les classifications :
- Tout équipement doit être installé conformément à l’OSHA et au Code national de l’électricité.
- Tout équipement électrique doit être traité comme s’il était « sous tension ».
- Il faut éviter de travailler avec ou près de circuits sous tension. Dans la mesure du possible, débranchez l’équipement avant de travailler dessus.
- Un « système de compagnonnage » devrait être utilisé lorsque des travaux sur des équipements électriques sous tension sont nécessaires, en particulier après les heures de travail normales ou dans des zones isolées. Idéalement, cette personne devrait connaître les premiers soins et la réanimation cardio-pulmonaire.
- Il ne faut pas porter de bagues et de bracelets de montre métalliques, ni utiliser de stylos, de crayons ou de règles métalliques lorsqu’on travaille sur un équipement électrique.
- Les circuits sous tension doivent être travaillés d’une seule main, lorsque c’est possible.
- Lorsqu’on travaille sur un équipement électrique, il ne faut utiliser que des outils à manche isolé.
- L’équipement électrique qui, au toucher, donne la moindre perception de courant doit être mis hors service, étiqueté et réparé avant toute autre utilisation.
- Lorsque l’on travaille avec des tensions élevées, il faut considérer que le sol est conducteur et mis à la terre, à moins de se tenir sur un tapis sec convenablement isolé, normalement utilisé pour les travaux électriques.
- On ne doit pas travailler sur un équipement électrique sous tension lorsqu’on se tient sur un plancher mouillé ou lorsque les mains, les pieds ou le corps sont mouillés ou transpirent.
- Ne pas entreprendre d’activités dangereuses lorsqu’on est vraiment fatigué, stressé émotionnellement ou sous l’influence de médicaments qui émoussent ou ralentissent les processus mentaux et réflexes.
- Suivre les procédures de verrouillage et d’étiquetage lorsqu’on travaille avec de l’équipement câblé.