4.3 Choix d’essences de substitution pour une application « bois brut »
4.3.3 Propriétés d’usinage des essences étudiées
4.3.3.4 Analyse de l’émission de poussière lors de l’usinage du bois
Le nombre de particules de petites tailles (taille < 1 µm) par litre d’air est nettement plus élevé que le nombre de particules de grande taille, pour toutes les essences étudiées (Figure 64). Comparées aux autres essences, le Palissandre génère peu de poussière en termes de nombre. Globalement, le nombre de particules diminue avec l’augmentation de la taille de ces dernières. Des tendances similaires ont également été observées par Mazzoli et Favoni (2012).
Figure 64 : Quantité de poussières en nombre de particules par litre d’air suivant les différentes tailles de particules
15 plages de valeurs seulement sont présentées en abscisse (au lieu des 30 prises en compte pour obtenir cette courbe) de manière à simplifier la lecture de cette figure
Quantités de poussières produites en masse
Si l’on raisonne à présent en masse de poussières produites (Figure 65 a et b), comme demandé dans la législation, on s’aperçoit que les particules de petites tailles, bien que très nombreuses, possèdent, une fois additionnées, des masses qui sont très faibles (Là encore, le Palissandre produit également peu de poussières comparé aux autres essences). Les particules de grandes tailles (10 µm et plus) sont alors nettement plus importantes, surtout pour trois essences : Frêne, Famelona et Vivaona. Ces valeurs sont dues au fait que ces essences ont généré globalement davantage de poussières, y compris des poussières de grandes tailles. On peut également remarquer sur la Figure 65 b que, pour deux essences (Famelona et Vivaona) et pour des tailles de particules de 20 µm à 25 µm, les quantités sont déjà supérieures aux valeurs limites admissibles dans certains pays comme par exemple dans
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l’Union Européenne pour laquelle la VLEP est de 5 mg/m3(FIBOIS Alsace 2010), ou pour le Japon pour lequel la VLEP est de 4 mg/m3 (Fujimoto et al. 2011).
(a) Masses des particules (en mg par litre d’air) de tailles 0,25 µm à 32 µm
VLEP 1 : VLEP considérée par l’Union Européenne ; VLEP 2 : VLEP considérée au Japon
(b) Masses des particules (en mg par litre d’air) de tailles 0,25 µm à 10 µm Figure 65 : Masse des particules (en mg par litre d’air) suivant les différentes tailles de
particules pour toutes les essences étudiées.
En étudiant plus finement les différentes tailles de particules (Figure 66), on peut observer que les masses des particules pouvant atteindre le système respiratoire humain (PM10) sont
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beaucoup plus faibles que les masses totales de poussières pour toutes les essences. En d’autres termes, cela signifie que les poussières générées sont essentiellement constituées par de grosses particules. Ce constat est d’autant plus évident pour les essences qui ont généré énormément de poussières, comme par exemple pour Famelona, Vintanina ou Vivaona.
Figure 66 : Masses totales et masses des particules de taille < 10 µm pour les différentes essences
M : masse totale des particules ; M (PM10) : masse des particules de tailles < 10 µm
Concernant les particules de taille inférieure à 2,5 µm (PM2,5), c’est-à-dire celles qui peuvent
aller dans les alvéoles pulmonaires (Figure 67), leurs masses représentent moins de la moitié des masses des particules de taille inférieures à 10 µm pour la plupart des essences. De manière générale, là encore, plus la quantité totale de poussières émises est importante, plus le nombre de particules inférieures à 2,5 µm est grand. Ceci est particulièrement vrai pour les essences de Frêne, Vivaona, Vintanina, et Famelona pour lesquelles les valeurs obtenues sont supérieures à celles autorisées actuellement, à savoir à la VLEP de 1 mg/m3.
A présent, si l’on considère uniquement la convention alvéolaire (la plus nocive, celle qui va au plus profond du système respiratoire), les masses des particules nocives des différentes essences (Figure 67) sont toutes inférieures à la VLEP de 1 mg/m3. Elles restent néanmoins
toujours plus élevées pour les essences qui ont généré des quantités totales de poussières plus importantes.
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Figure 67 : Masses des particules de tailles inférieures à 10 µm, 2,5 µm, et masses des particules nocives pour les différentes essences
M (PM10) : masse des particules de tailles < 10 µm ; (PM2,5) : masse des particules de tailles < 2,5
µm ; Ma : Masse des particules nocives
VLEP relative aux exigences réglementaires françaises
Enfin, on peut observer une très forte corrélation entre les masses des poussières PM2,5 et
celles des particules nocives (Figure 68), qui illustre que les particules nocives sont très largement constituées par des particules inférieures à 2,5 µm.
Figure 68 : Corrélation entre les masses des particules nocives et des particules de taille < 2,5 µm
Maintenant, en considérant la particule non pas comme sphérique, mais en se plaçant dans un cas plus défavorable, c’est-à-dire pour une géométrie de copeau de type cube ; il est constaté que les masses de poussières produites sont plus importantes (Figure 69). Généralement, les masses ont doublées. Dans ce cas, on observe davantage d’essences qui génèrent plus de poussières, à savoir : Sohihy, Frêne, Eucalyptus citriodora, Liquidambar, Famelona, Vivaona et Vintanona. Pour autant, seules les quantités produites par les trois dernières dépassent la VLEP de 1mg/m3. Bien que cette analyse, considérant l’hypothèse d’une autre forme de particules, montre que les quantités de poussières produites sont plus élevées, l’hypothèse de la forme sphérique reste la plus logique pour notre analyse. En effet, le dispositif quand il
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enregistre la poussière, l’assimile à une sphère de taille X pour la ranger dans les différentes catégories. Toutefois, avec cette hypothèse sur la forme cubique des particules, on a juste voulu montré ici les résultats que nous pouvions obtenir en se plaçant dans le cas le plus défavorable (et improbable, vu la géométrie du copeau à épaisseur variable).
(a) Particules totales, PM10 et PM2,5 (b) PM10 et PM2,5
Figure 69 : Masses des particules sous l’hypothèse de la forme de particule de type cubique
Facteurs influençant les émissions de poussières
Les analyses de corrélation ont montré que les relations entre les propriétés physico- mécaniques des essences et les différentes masses de poussières considérées (masse totale, masse des particules PM10, masse des particules PM2,5 et masse des particules nocives) étaient
non significatives (Tableau 26). Des corrélations négatives ont pourtant déjà été observées entre l’émission de poussières et la densité du matériau (Palmqvist et Gustafsson 1999 ; Ratnasingam et al. 2011 ; Fujimoto et al. 2011). Dans notre cas, bien que des variabilités aient été observées au niveau des différentes propriétés physico-mécaniques des essences étudiées, ces facteurs n’ont pas affectés les quantités de poussières générées par l’usinage des différentes essences. D12 (g/cm3) ID (g/cm3) N RV (%) RR (%) RT (%) EF (MPa) σF (MPa) σc (MPa) G1C (J/m²) M (mg/m3) NS NS NS NS NS NS NS NS NS NS M (PM10) (mg/m3) NS NS NS NS NS NS NS NS NS NS M (PM2,5) (mg/m3) NS NS NS NS NS NS NS NS NS NS Ma (mg/m3) NS NS NS NS NS NS NS NS NS NS
Tableau 26 : Corrélations entre les masses des poussières et les propriétés physico-mécaniques du bois
Dans cette étude, ce sont les paramètres de rugosité (SRpk et SRvk) qui expliquent le mieux les masses de poussières générées. En effet, des corrélations positives ont été observées entre le paramètre SRpk et chacune des différentes masses de poussières considérées ; à savoir la
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masse totale (R= 0,675), la masse des particules PM10 (R= 0,772), la masse des particules
PM2,5 (R= 0,509) et la masse des particules nocives (R= 0,520). Le paramètre SRvk est
également corrélé positivement avec la masse totale (R= 0,588) et la masse des particules PM10 (R= 0,668). Ces résultats indiquent que plus les pics et les vallées sont importants sur
les surfaces de bois usinées, plus la quantité de matière enlevée à l’échelle des particules est importante et de ce fait, plus la quantité de poussières générées augmente.
Les émissions de poussières relevées lors des essais d’usinage sont relativement faibles pour toutes les essences au regard des exigences règlementaires actuelles. Globalement, le Frêne, le Famelona et le Vivaona sont les essences qui ont généré la masse de poussière totale la plus importante. Quelle que soit l’essence, la VLEP pour les particules nocives n’a jamais été atteinte.
Dans l’ensemble, les quantités de poussières émises par le Palissandre sont très faibles. Elles sont de 0,268 mg/m3 pour la masse totale ; 0,0207 mg/m3 pour la masse des particules PM
10 ;
0,0062 mg/m3 pour la masse des particules PM2,5 ; et 0,0083 mg/m3 pour la masse des
particules nocives. D’après ce dernier critère, bien que la VLEP n’ai jamais été atteinte quelle que soit l’essence usinée ; les essences les plus préconisées comme essences de substitution sont quand même celles qui génèrent le moins de poussières.
En conclusion, mises à part les essences de Frêne, Famelona, Vintanina et Vivaona pour lesquelles les résultats sont très largement moins bons, la substitution du Palissandre par les autres essences ne pose donc aucun problème au regard des critères définis dans la règlementation. Pour l’ensemble de ces essences sélectionnées, les masses de particules émises ne dépassent jamais 1 mg/m3 pour les masses totales ; 0,5 mg/m3 pour les masses des particules PM10 ;0,2 mg/m3 pour la masse des particules PM2,5 ; et 0,3 mg/m3 pour la masse
des particules nocives.
Avec l’hypothèse sur la forme cubique des particules, on a juste montré le cas le plus défavorable (mais improbable) où la masse de poussière a quasiment doublé.
4.3.4 Bilan sur le choix des essences de substitution pour une application « bois brut »