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Métrologie des particules ultrafines d'usinage : optimisation de la caractérisation et de la mesure

Djebara, Abdelhakim (2012). Métrologie des particules ultrafines d'usinage : optimisation de la caractérisation et de la mesure. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La qualité de l'air intérieur est devenue une question importante en matière de santé et sécurité au travail. Tous les procédés de fabrication génèrent des aérosols donc la nature et le niveau de cette génération varient en fonction du procédé et de l'étape du procédé. Les études épidémiologiques montrent que les poussières métalliques (fines et ultrafines), y compris donc celles produites lors des procédés de fabrication représentent un risque pour la santé des travailleurs. Les risques vont de la simple irritation des voies respiratoires à la bronchite, l’asthme et les cancers. C’est pourquoi les agences de régulation d’hygiène et de sécurité du travail poussent de plus en plus les manufacturiers vers la réduction des particules ultrafines et des poussières métalliques. Alors il est important de bien connaître les particules ultrafines généré durant l’usinage afin d’améliorer la qualité de l'air de nos lieux de travail.

Cette thèse ne vise pas une étude de la toxicité des particules ultrafines de fabrication, mais plutôt le développement d’une méthode efficace de mesure. Il est clair qu’une mesure correcte des particules ultrafines permettra de mieux faire des corrélations entre la toxicité, la nature, la forme et la taille des particules ultrafines, pour enfin rechercher des moyens pour prédire et limiter la production des particules dangereuses. Un raffinement de ces techniques expérimentales est exigé pour améliorer les méthodes employées habituellement en hygiène du travail. Dans le présent travail une méthode de prélèvement et de préparation des substrats adaptées aux particules ultrafines de fabrication a été développée afin d’obtenir des informations pertinentes sur les particules émises (concentration, composition chimique, degré d’agglomération et forme). En plus, une amélioration de la mesure par une procédure de correction des données brutes est mise sur pieds. Ensuite on a appliqué cette méthode à l’évaluation des procédés de fabrication des pièces métalliques en fonction des matériaux, des outils et des stratégies de mise en forme.

Les résultats obtenus montrent que la génération de particules ultrafines est fortement influencée par les propriétés des matériaux et la géométrie de l'outil. Ainsi, nous recommandons de contrôler les propriétés des matériaux et la géométrie de l'outil pour réduire les émissions de PUF. En plus, l’émission des PUF diminue avec l’augmentation des vitesses de coupe. Ces résultats sont très encourageants du point de vue pratique. Il est donc possible d’usiner des pièces à de très hautes vitesses de coupe, ce qui garantit une très grande productivité et ce sans produire de PUF nocives.

Titre traduit

Metrology of ultrafine particles of machining: optimization of measurement and characterization

Résumé traduit

Indoor air quality has become an important for our health and safety matter. All manufacturing processes generate aerosols; the nature and level of this generation vary depending on processes and process step. Epidemiological researches show that metallic dust produced during manufacturing processes in form of fine or ultrafine particles represent significant risk to the health and safety. The health risks range from simple irritation to respiratory bronchitis, asthma and cancer. Consequently, the regulatory agencies of health and safety are urging manufacturers to reduce ultrafine particles and metal dusts. To control and improve the air quality of workplaces, it is important to characterize and determine the behavior of ultrafine particles generated during machining processes.

The main objective of this thesis is to investigate and develop an effective technique for measuring the concentration of manufacturing ultrafine particles rather than the toxicity of these particles. A precise measurement of ultrafine particles will help to develop better correlations between toxicity, nature, shape and size of ultrafine particles and finally acquire ways to predict and limit the harmful particles emission. In this work a method for sampling and substrates preparation adapted for manufacturing ultrafine particles has been developed to obtain relevant information about the emitted particles (concentration, chemical composition, agglomeration degree and shape). A correction methodology of raw data was carried out to improve the measurement. Then this method was applied to the evaluation of manufacturing processes according to the materials, tools and machining strategies.

The results obtained show that the ultrafine particle generation is strongly influenced by material properties and tool geometry. Thus, controlling the material properties and tool geometry implies a reduction the ultrafine particles emission. It is also show that during high speed machining, the emission of metallic particles decreases with the increase of cutting speed. This result is very encouraging from a practical standpoint. It is thus possible to machine parts at very high speeds, which ensures high productivity and limited harmful metallic particles emission.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliogr. : f. [135]-148.
Mots-clés libres: Particules (Matière) Usinage Métrologie Air intérieur Qualité Risque pour la santé Évaluation
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Songmene, Victor
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 09 juill. 2012 18:39
Dernière modification: 03 mars 2017 22:40
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1014

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