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Capture à la source et économie d’énergie

Jusqu’à quel point est-il possible de penser à la fois économie d’énergie et contrôle efficace des polluants atmosphériques en usine lors du captage à la source, en plus de répondre aux exigences de la CSST ?

Dans les faits, la capture à la source demeure toujours la méthode qui exige les plus petits débits d’évacuation d’air donc, par voie de conséquence, la moins énergivore. Quant aux exigences de la CSST, la capture à la source est toujours la solution préférée et souvent celle qui demeure exigée. Dans la démonstration qui suit, pour faire nos calculs d’économie d’énergie, nous utiliserons l’exemple d’un atelier de soudage.

Contrôle des fumées

Dans un atelier de soudage, on peut envisager quatre moyens de contrôle des fumées, chacun retirant des volumes d’air différents.

La capture à la source représente la méthode pour contenir un polluant très près de sa source avec une quantité minimum d’air évacué. Ainsi, pour un soudeur, un pistolet assisté par vacuum est la meilleure façon de contrôler à la source, puisque la fumée de soudage est captée à environ 6 cm (2,5 po) de l’arc. C’est aussi la plus économique du point de vue énergétique.

La capture à la source des bras de captation se conforme également aux exigences d’une captation à la source avec toutefois un débit moyennement élevé donc plus énergivore à cause de la quantité d’air évacué.

Une hotte de captation (canopy hood), au-dessus d’un procédé offre une certaine capacité de contrôle à la source, mais demande un débit important d’air pour y arriver. Par contre, s’il y a un travailleur sous cette hotte, ce dernier ne profite pas d’une protection puisque le polluant passe dans sa zone respiratoire avant d’être évacué par le débit de la hotte. C’est aussi celui qui évacue le plus d’air.

La ventilation forcée ou ventilation générale ou changement d’air sont tous des synonymes. Cette méthode est plus exactement définie comme la dilution. On mélange de l’air frais avec un ou plusieurs polluants émis dans une usine. Ce type de contrôle de pollution en usine peut, jusqu’à un certain point, protéger une partie des travailleurs de l’usine. Mais il n’aura aucun effet pour protéger les travailleurs qui sont près de la source ou des sources d’émissions. Elle nécessitera un énorme débit d’air pour ne pas dépasser les normes d’exposition dans l’air ambiant. De plus, cette méthode aura pour inconvénient de ne pas protéger les travailleurs près de la source, dont les soudeurs eux-mêmes, ce qui est donc contraire au respect de la législation.

Hypothèses de calculs

  • Bâtisse de 30*18*7,6 m de hauteur (100*60*25 pi).
  • Volume de la bâtisse : 4 250 m3 (150,000 pi3).
  • Présence de 10 soudeurs dans cette usine.
  • Coûts pour chauffer l’air frais évalués à 0.028 m3/min ou 1$ par pi3/min par hiver, basé sur des quarts de huit heures par jour, cinq jours par semaine.

Dans ce qui suit, nous évaluerons quantitativement ce que chacune des méthodes décrites ci-haut aura besoin pour bien performer.

Débits nécessaires pour chaque type de captation.

Si nous utilisons des pistolets assistés par vacuum, nous aurons besoin de 2,8 m3/min (100 pi3/min) pour chaque soudeur. Selon les mesures qui ont été prises avec ce type de captation à la source, la zone respiratoire des soudeurs est en deçà des valeurs d’expositions admissibles (VEA). Bien entendu, l’air ambiant de l’usine sera bien en deçà des VEA.

Pour 10 soudeurs, nous aurons donc besoin d’un maximum de 28,3 m3/min (1000 pi3/min). Si nous utilisons des bras de captation pour saisir le polluant à la source, nous aurons besoin de 17 m3/min (600 pi3/min) par bras afin d’obtenir une captation acceptable lorsque le bras sera en bonne position. Ici encore, si les soudeurs utilisent tous les bras pour capter à la source, la concentration dans la zone respiratoire du soudeur devrait être en deçà des VEA, ainsi que les concentrations dans l’air ambiant de l’usine.

Pour 10 soudeurs nous aurons donc besoin de 170 m3/min (6 000 pi3/min).

Si nous utilisons des hottes  au-dessus de chaque soudeur et que le soudeur œuvre sur une table de travail  de  1,2  x  2,4 m (4 x 8 pi), nous devrions avoir une vitesse minimum de face à la hotte de 15 m/min (50 pi/min), nous  allons  donc  évacuer  45 m3/min (1 600 pi3/min) par table. Nous devrions obtenir un bon niveau de concentration dans l’usine, c’est-à-dire être en deçà des VEA pour l’air ambiant. Par contre pour les soudeurs, il n’est pas certain qu’ils seront en deçà des VEA puisqu’ils seront dans la trajectoire des fumées entre le pistolet conventionnel et la hotte d’évacuation.

Pour 10 soudeurs, nous aurons donc besoin de 453 m3/min (16 000 pi3/min).

Avec l’apport d’air neuf, pour quatre changements d’air à l’heure (le minimum demandé par la CSST) nous aurons besoin de 136 m3/min (4 800 pi3/min) d’évacuation d’air vicié. Ce débit est calculé pour toute la surface de l’usine sur 3,6 m (12 pi) de hauteur seulement, à moins que les travailleurs ne soient pas au sol, mais soient installés en hauteur. Dans ce cas, il faut compter la hauteur de travail plus 3,6 m (12 pi) pour calculer le volume d’air à traiter.

Selon notre expérience, sans captation à la source, avec quatre changements d’air à l’heure, il est presque impossible d’obtenir le VEA dans l’air ambiant.

Nous aurions plutôt besoin d’aller vers les six ou huit changements d’air à l’heure dépendant de l’intensité de soudage. N’oublions pas que les changements d’air à l’heure sont de la dilution. Donc plus on génère de polluant, plus l’apport d’air frais doit être important pour maintenir une concentration ambiante en bas du VEA.

Pour six changements à l’heure, on aura besoin de 204 m3/min (7 200 pi3/min).

Pour huit changements à l’heure, on aura besoin de 272 m3/min (9 600 pi3/min).

Cela veut dire que si votre taux d’émission de polluant double, vous devrez doubler la quantité d’air frais pour maintenir la même concentration que vous aviez au départ avant de doubler l’émission de polluant. Le tableau 1 explique les couts d’exploitation pour chacune des méthodes.

Coûts des investissements

Le même genre d’exercice pourrait être fait pour toutes sortes d’émissions de polluants en usine et on verrait que la capture à la source demeure toujours la moins couteuse parmi les autres méthodes de contrôle des polluants. Par contre, il y a des investissements à considérer.

Au niveau des couts d’investissements, nous en comptons trois types :

  • Achat et installation d’équipement;
  • Couts d’exploitation que nous venons d’établir ci-haut;
  • Coûts de maintenance qui pourraient ne pas être négligeables.

À l’achat, si on doit installer des dépoussiéreurs, plus ils sont petits, moins ils sont dispendieux. La captation à la source implique de plus petits débits, les dépoussiéreurs seront donc aussi les plus petits.

À l’opération, plus les dépoussiéreurs sont petits, moins il y a de surface de filtration à acheter ou à nettoyer.

La capture à la source est la méthode préconisée par la CSST pour contrôler les émissions de polluant afin que ceux-ci ne se rendent pas dans la zone respiratoire des travailleurs en usine ou ailleurs. En conclusion, la capture à la source assure de se conformer aux exigences légales pour la protection des travailleurs. En prime, s’ajoute une importante économie d’argent.

Calcul des couts d’exploitation pour chacune des méthodes.

  • PISTOLETS : 1 000 PI3/MIN * X 1 $ = 1 000 $/AN
  • BRAS : 6 000 PI3/MIN * X 1 $ = 6 000 $/AN
  • HOTTES : 16 000 PI3/MIN * X 1 $ = 16 000 $/AN
  • QUATRE CHANGEMENTS D’AIR ** : 4 800 PI3/MIN X 1 = 4 800 $/AN
  • SIX CHANGEMENTS D’AIR ** : 7 200 PI3/MIN X 1 = 7 200 $/AN
  • HUIT CHANGEMENTS D’AIR ** : 9 600 PI3/MIN X 1 = 9 600 $/AN

* Débit d’air requis pour 10 travailleurs qui utilisent des pistolets, des bras ou des hottes.
** Avec apport d’air neuf

Note. Le cout de 1 $ n’est utilisé qu’à titre d’exemple pour les calculs. Il est possible que les couts réels soient plus élevés.

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