INRS : Analyse des expositions aux métaux et métalloïdes en hygiène industrielle par LIBS et XRF portables

INRS : Analysis of metal and metalloid exposure in industrial hygiene using portable LIBS and XRF

• Auteur / Autrice : Zeinab Abboud
• Direction : Cécile Fabre, Naïma Gaudel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Inscription en doctorat le 07/10/2024
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GeoRessources
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Ressources Minérales (Axe Matières Premières)

Mots clés

Mots clés libres

XRF portable

LIBS portable

Aérosols

Métaux et métalloïdes

Hygiène industrielle

Handheld LIBS

Metals and metalloids

Aerosols

Industrial hygiene

Handheld XRF

Résumé

L'étude et la compréhension des expositions des travailleurs aux métaux et métalloïdes sous forme d'aérosol solide et/ou liquide revêtent une importance cruciale dans le domaine de l'hygiène industrielle. Actuellement les méthodes conventionnelles développées pour l'analyse des aérosols particulaires inorganiques consistent, le plus souvent, en un prélèvement de l'aérosol suivi en laboratoire d'une mise en solution par digestion acide de l'échantillon collecté pour une analyse par ICP-AES (spectroscopie d'émission atomique à plasma à couplage inductif). Cette analyse est donc différée et chronophage, mais reste nécessaire pour obtenir les concentrations massiques des éléments constituants l'aérosol afin de les comparer à leurs valeurs limites réglementaires. Ces dernières années, l'évaluation des expositions liées aux aérosols dans l'air des lieux de travail par des approches qualitatives à semi-quantitatives est devenu l'une des deux lignes directrices du département MP. Cette évaluation pourrait être réalisée en analysant, directement sur le lieu de travail, l'aérosol collecté à l'aide de méthodes portables. Il existe peu de méthodes permettant d'analyser directement sur le terrain les métaux et métalloïdes et, lorsqu'elles existent, elles restent peu utilisées car souvent peu sélectives et peu sensibles par rapport aux méthodes conventionnelles. Parmi les techniques existantes, la XRF (fluorescence X) et la LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) en versions portables semblent cependant présenter des performances suffisantes pour permettre leur utilisation dans le contexte de l'hygiène industrielle. C'est dans cette thématique d'utilisation des outils spectroscopiques de terrain qu'une collaboration a été mise en place avec le laboratoire GeoRessources, laboratoire porté par l'Université de Lorraine et par le CNRS. Regroupant la plupart des forces en Géologie appliquée de Nancy, il est un des phares de la recherche française en Géosciences. L'équipe GEologie des ressources Minérales est reconnue depuis de nombreuses années pour son expertise scientifique en techniques analytiques grâce à ces différentes plateformes d'analyses (LA-ICP-MS, µXRF, microsondes électroniques, MEB) mais également pour ses travaux portant sur l'utilisation des outils portables et en particulier la XRF et la LIBS. L'objectif principal de cette thèse est de développer des méthodologies robustes pour utiliser les LIBS et XRF multi-élémentaires portables pour évaluer, voire caractériser, l'exposition des travailleurs aux métaux et métalloïdes. Ces travaux visent donc à préciser les conditions pour procéder à des analyses sur le terrain d'aérosols collectés sur un support disposé dans un dispositif de prélèvement d'une fraction conventionnelle (inhalable ou alvéolaire) en fin de poste de travail. L'analyse et le traitement des données spectroscopiques devra permettre de qualifier les éléments chimiques pouvant contribuer à une exposition significative aux métaux et métalloïdes via une approche qualitative à semi-quantitative. De plus, pour quelques éléments d'intérêt tels que Li, Pb, Ni et Mn, il s'agira d'évaluer la faisabilité d'une analyse permettant d'aller jusqu'à la comparaison à une valeur limite d'exposition professionnelle via une approche, cette fois, quantitative. Le traitement du signal pour cette approche quantitative peut être géré en utilisant des statistiques dites classiques, ou en utilisant des méthodes d'intelligence artificielle. La validation des mesures pourra se faire en laboratoire, et dans l'environnement de travail.

The main aim of this thesis is to develop robust methodologies for portable multi-element LIBS and XRF techniques to assess and characterize worker exposure to metals and metalloids. The aim of this work is to define the conditions required to carry out field analyses of samples collected on a conventional fraction sampling device at the end of a work shift. Analysis and processing of the spectroscopic data should enable us to qualify the chemical elements that may contribute to significant exposure to metals and metalloids, using a qualitative to semi-quantitative approach. In addition, for some elements of interest such as Li, Pb, Ni and Mn, we will assess the feasibility of an analysis that would enable comparison with an occupational exposure limit value, this time using a quantitative approach. Signal processing for this quantitative approach can be managed using so-called classical statistics, or using artificial intelligence methods. Measurements will be validated both in the laboratory and in the workplace.