Impact des particules sur la santé et l’environnement

Les poussières étudiées dans les différents articles sont considérées comme étant des particules de moins de 20 µm de diamètre. Les particules fines étant celles de diamètre inférieur à 2,5 µm (Zaghbani, Songmene and Khettabi, 2009) et les ultrafines, celles de diamètre inférieur à 100 nanomètres (nm). Il est à noter que dans des conditions normales, il y a une concentration de particules dans l’air d’environ 2000 à 3000 particules/cm3 (1 cm3 = 1 mL) (Schutz and Morris, 2013).

Lorsque l’on parle de particules, il y a d’autres grandeurs qui entrent en compte. Premièrement, le diamètre dont on parle est le diamètre aérodynamique (Schutz and Morris, 2013) qui correspond à l’inertie de la particule et son mode de sédimentation. Cette dimension permet de déterminer comment se propagent ces poussières dans l’air ainsi que le temps qu’elles passent en suspension. En effet, c’est dans l’air que ces aérosols représentent un danger pour l’homme, car ils peuvent être inhalés facilement.

Deuxièmement, il existe différentes concentrations qui peuvent être mesurées : la concentration en masse, celle en nombre et celle en surface spécifique. Chacune des trois a ses avantages et ses inconvénients, et il est difficile de trouver laquelle des trois représente le mieux les dangers pour l’homme et l’environnement. Les deux dernières sont intéressantes, car elles apportent plus de précisions sur les émissions et leur impact biologique sur l’homme. De plus, il a été mentionné que la toxicité des particules peut être quantifiée par leur composition, mais aussi grâce à leur surface spécifique, leur granulométrie et leur solubilité (Ostiguy, 2009 ; Schutz and Morris, 2013). En effet, c’est la surface spécifique qui quantifie l’interaction d’une particule avec une autre surface en contact. Concernant la concentration en nombre, cela apporte une autre information sur la répartition des particules, car pour une même masse, il peut y avoir peu de grandes particules (plusieurs micromètres), mais beaucoup de très petites (quelques nanomètres) qui représentent un plus grand risque.

Enfin, il est important de savoir qu’à masse égale, les nanoparticules sont beaucoup plus toxiques que les particules de plus grande dimension, mais d’une même composition chimique (Ostiguy, 2009). Cela est dû au fait qu’à de telles tailles, les comportements chimiques et physiques des particules sont différents et peuvent changer : en réagissant plus facilement ou plus vite avec son environnement. De plus, on ne connaît pas encore bien leur impact sur la santé ni leurs réactions à l’intérieur du corps humain, ceci crée donc une méfiance accrue envers ces poussières.

Les composites à matrice métallique 

Lors de la mise en forme de matériaux composites à matrice métallique (MMC), il est généré plus de poussières que lors de l’usinage des métaux classiques. Cela est dû au fait que ces MMC comprennent des renforts de taille ultrafine et fine dans leur matrice, qui sont libérés lors de l’usinage et qui entraînent avec eux des particules de l’outil et de la matrice (Kremer and El Mansori, 2009).

Un autre problème lié aux renforts contenus dans ces matériaux est qu’ils ont tendance à user prématurément les outils de coupe (Basavarajappa, et al., 2008 ; Songmene, et al., 2013). Ceci a deux conséquences majeures : d’une part, la finition de la pièce sera moins bonne, et d’autre part les émissions de particules vont augmenter. Pour remédier à ce problème, on peut utiliser des outils avec des revêtements (diamant, carbure de titane), ceux-ci sont très coûteux, mais peuvent quand même être rentables, (Songmene, et al., 2012) car on peut usiner beaucoup plus de pièces avec un même outil avant de devoir le changer.

Les composites à matrice organique 

Les matériaux composites, du fait de leur composition, possèdent souvent des nanomatériaux. Lorsque l’on souhaite les mettre en forme, il est donc inévitable d’en libérer un certain nombre dans l’air. Le problème est que non seulement, à cause de leur taille, les particules entrent au plus profond de nos poumons : les bronchioles ; mais aussi du fait de leur composition l’impact sur la santé est très négatif (Ostiguy, 2009 ; Schutz and Morris, 2013).

Les matériaux composites à matrice organique les plus utilisés en industrie sont les composites avec renforts en fibre (ou tube) de carbone, en fibre d’aramide ou en fibre de verre. Les particules que l’on retrouve dans l’air lors de l’usinage de composites à matrice organique sont présentées dans (Schutz and Morris, 2013) : les principaux étant les nanotubes de carbone (CNT) et les nano fibres de carbone (CNF). Ce sont en effet les renforts qui représentent les particules émises les plus fines. Plus l’énergie de coupe est grande, plus les émissions seront importantes (Schutz and Morris, 2013).

Les procédés d’usinage émettant le plus de poussières concernant les matériaux composites sont le perçage et le détourage. Il s’agit aussi des méthodes de mise en forme les plus utilisées, ce qui rend les avancées de la recherche sur le sujet très bénéfiques.