1 Sécurité laser Plan : Effets du laser sur les tissus (peau et œil) Les normes Les précautions à prendre François BALEMBOIS.

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1 1 Sécurité laser Plan : Effets du laser sur les tissus (peau et œil) Les normes Les précautions à prendre François BALEMBOIS

2 Quelques statistiques

3 3 Effets du laser sur les tissus biologiques Absorption T° Effets photochimiques Effets photoablatifs (ruptures des liaisons) Brûlures Cisaillement des tissus Onde de choc Ionisation

4 4 Effets de l’élévation de température Photons incidents Zone absorbante Laser continu ou à impulsions « longues » (ms-s) Diffusion de la chaleur Extension de la brûlure Impulsions brèves (fs-ns) T° Éjection de gaz Cisaillement «Recul» des tissus Choc mécanique

5 5 Effets du laser sur la peau UV (100-400 nm) Visible et IR (400-10 6 nm) Photo-sensibilisation Erythème Risques cancérigènes Photo-ablation Brûlures Coagulation Carbonisation Volatilisation Mais la peau cicatrise !

6 6 Effets du laser sur l’œil

7 7 Structure générale de l ’œil Humeur aqueuse Cristallin Humeur vitrée Cornée

8 8 20 40 60 80 100 0 400600800100012001400 Longueur d ’onde (nm) Transmission de l ’œil (%) Transmission de l’œil jusqu’à la rétine Absorption de l’humeur vitrée Absorption de l’humeur vitrée, du cristallin et de l’humeur aqueuse Absorption du cristallin

9 9 Absorption spectrale des milieux oculaires Cornée Humeur aqueuse Cristallin Humeur vitrée

10 10 Effets biologiques du laser sur l ’œil Cataracte Brûlure cornée Cataracte + Brûlure cornée Photokératite (inflammation cornée « coup d ’arc ») Cornée Cristallin Lésions et brûlure de la rétine

11 11 Localisation schématique de l’absorption UV et IR lointain Visible et IR proche Proche UV Effet de focalisation sur la rétine : E rétine = 10 5 E incident En W/cm 2 ou en J/cm 2

12 12 Absorption au niveau de la rétine (400nm< <1400 nm) Les détecteurs sont détruits par diffusion de la chaleur ou par cisaillement. Lumière Sclérotique Epithélium pigmentaire Cônes et bâtonnets Absorption par les cônes et bâtonnets : 5% Absorption par l’épithélium : 95%

13 13 Danger des lasers visibles et proche IR Diamètre de l ’image rétinienne Éclairement (W/cm 2 ) HeNe 1mW à 633 nm Soleil 100 µm 20 µm> 10 2 10

14 14 Fond d’œil après un accident laser Destruction de la fovéola (diamètre 200 µm, au centre de la fovéa) Passage de 10/10 à 5/10 Dommages irréversibles ! Laser Ti:saphir (790 nm)

15 Exemple de dommages oculaires

16 16 Lasers à «sécurité oculaire» Zone de «sécurité oculaire» autour de 1,55 µm Cornée Humeur vitrée Humeur aqueuse Cristallin Absorption répartie dans la cornée Régénération possible de la cornée après exposition

17 17 Sécurité laser Plan : Effets du laser sur les tissus (peau et œil) Les normes Les précautions à prendre

18 18 Les normes (NF EN 60825) - Établir les seuils de dommage pour l’utilisateur - Classer les lasers en fonction des risques

19 19 Les expositions maximales permises (EMP) Correspondent au seuil de dommage - EMP exprimée en général en W/m 2 ou en J/m 2. - Les EMP varient en fonction des tissus touchés : EMP peau>EMP œil. - EMP : Densité moyennée sur une surface de référence. EMP peau : Surface de référence de diamètre 1 mm (Énergie ou puissance mesurée au travers d’un diaphragme  1mm) EMP œil EMP œil : Au niveau de la cornée Diamètre 7 mm entre 400 et 1400 nm (pupille ouverte au maximum) Diamètre 1 mm ailleurs.

20 20 EMP pour la peau Influence de la puissance crête Influence de l’énergie Effets thermiques à l’état stationnaire Dépend de la durée des impulsions et de la longueur d’onde du laser Extrait de la norme EN 60825 : <10 -9 10 -9 à 10 -7 10 -7 à 10 10 à 10 3 10 3 à 3 10 4 Durée (s) (nm) 180 à 302,5 302,5 à 315 315 à 400 400 à 1400 1400 à 10 6 3 10 16 W.m -2 2 10 11 W.m -2 2000 W.m -2 10 11 W.m -2 1000 W.m -2 10 W.m -2 10 4 J.m -2 C 2 J.m -2 30 J.m -2 C 2 J.m -2 t>T 1 C 1 J.m -2 t<T 1 C 1 J.m -2 200 J.m -2 1,1 10 4 t 0,25 J.m -2 5600 t 0,25 J.m -2

21 Quelques EMP typiques

22 22 20 15 10 5 0 200015001000500 Influence de la longueur d’onde du laser EMP pour la peau Densité d ’énergie (J/m 2 ). 10 3 Longueur d ’onde (nm) Courbe donnée pour une exposition de 10 s

23 23 EMP pour l’oeil Dépend du type d’exposition entre 400 et 1400 nm Exposition directe ou par réflexion spéculaire Exposition indirecte : par réflexion diffuse Lame de verre Oeil Carton Oeil L ’œil image la source secondaire Taille de l’image sur la rétine plus grande Taille de l’image sur la rétine très petite L ’EMP est une luminanceL ’EMP est une densité de puissance, ou d’énergie. source secondaire

24 24 Influence de la longueur d’onde du laser EMP pour l’oeil Courbe donnée pour une exposition de 10 s Densité d ’énergie (J/m 2 ) Longueur d ’onde (nm) Effet de focalisation sur la rétine

25 25 Class 1 : Lasers sans danger E<PME Class 1 M : Lasers divergents sans danger sans instrument optique Les classes de lasers (1/2) Faisceau laser Class 2 : Lasers visibles (400-700 nm) : sans danger si le réflexe de clignement des yeux fonctionne (exposition maximale 0,25s). Ordre de grandeur P < 1mW. Class 2M : Lasers visibles divergent (400-700 nm) : sans danger si le réflexe de clignement des yeux fonctionne et sans instrument optique

26 26 Classe 3R : «vision directe pouvant être dangereuse» Visible : lasers 5 fois plus puissants que les lasers classe 2 Autres longueurs d’onde : 5 fois plus puissants que les lasers classe 1 Classe 3B : «vision directe habituellement dangereuse» Ordre de grandeur : P < 500 mW. Class 4 : Lasers dangereux même par réflections diffuses Risques de brûlures et d’incendie. Ordre de grandeur P > 500 mW. Les classes de lasers (2/2)

27 27 Le flou de la norme - Effet cumulatif de différentes longueurs d ’onde. - Effet des impulsions répétitives. - Effets des impulsions ultra-brèves (fs). - Effets des rayonnements dans l’UV (cancérigènes?). Effets complexes et mal connus : Classe 2 : réflexe de clignement de la paupière (0,25s) mis en cause dans le cas d’un éblouissement laser Classe 3R : danger ou pas ? Éblouissement = Danger? OLE Septembre 2001 p13

28 28 Sécurité laser Plan : Effets du laser sur les tissus (peau et œil) Les normes Les précautions à prendre

29 Normes EN 207 : lunettes de protection EN 208 : lunettes de réglage Le port des lunettes n’autorise pas la vision directe dans le faisceau Les lunettes de protection et de réglage -Mesure de E (densité d’énergie ou de puissance) en sortie du laser. - Choix d’une densité optique < -10 log (EMP/E) (Transmission lunettes* E < EMP)

30 Domaine de longueurs d’onde pour lequel les protecteurs de l’œil sont spécifiés Niveau de protection Symbole de durée d’impulsion laser Marque de certification Marquage des lunettes

31 Symboles de durée d’impulsion laser D,I,R et M SymboleDésignation du laserDurée d’impulsion typique (s) DLaser à émission continue (CW) >0,2 ILaser à impulsions>10 -6 à 0,25 RLaser à impulsions géantes >10 -9 à 10 -6 MLaser à impulsions à verrouillage de modes <10 -9 Marquage des lunettes

32 Sécuriser la zone (par un obturateur ou des écrans) Bien choisir le parcours du faisceau –Sa hauteur (vis à vis des personnes debout et assises ) –De préférence dans un plan horizontal –Si une chaise est nécessaire, la choisir haute –Orienter les faisceaux correctement : ni vers les portes, ni vers les fenêtres –Choisir de préférence des objets noirs mat (aluminium anodisé) –Éviter au maximum les réflexions diffuses : Éviter le carton pour bloquer un faisceau laser puissant: utiliser un absorbeur de faisceau Attention au travail en équipe Faire attention aux écrans réfléchissants Sécuriser la zone (par un obturateur ou des écrans) Bien choisir le parcours du faisceau –Sa hauteur (vis à vis des personnes debout et assises ) –De préférence dans un plan horizontal –Si une chaise est nécessaire, la choisir haute –Orienter les faisceaux correctement : ni vers les portes, ni vers les fenêtres –Choisir de préférence des objets noirs mat (aluminium anodisé) –Éviter au maximum les réflexions diffuses : Éviter le carton pour bloquer un faisceau laser puissant: utiliser un absorbeur de faisceau Attention au travail en équipe Faire attention aux écrans réfléchissants Conseils pratiques Maîtrise du faisceau laser, de la source au détecteur Laser Mousse diffusante Tube Laser Piège à lumière

33 Porter des lunettes de protections adéquates et en bon état Ne jamais regarder dans le faisceau: utiliser une caméra Fermer les yeux quand vous vous relevez, ne jamais mettre les yeux au niveau du faisceau Pour visualiser le faisceau, orienter la carte ou autre objet de visualisation vers le bas Proscrire tout objet réfléchissant non indispensable (bijoux, objets métalliques,…) Éviter l’introduction accidentelle d’un outil ou d’un composant réfléchissant Fixer tous les objets : le laser lui-même, les composants optiques et mécaniques Atténuer au maximum le faisceau chaque fois que l’émission maximale n’est pas nécessaire : en particulier pour les réglages Travailler dans une pièce correctement éclairée N.B. Les accidents surviennent surtout le soir quand les personnes sont fatiguées ou stressées Porter des lunettes de protections adéquates et en bon état Ne jamais regarder dans le faisceau: utiliser une caméra Fermer les yeux quand vous vous relevez, ne jamais mettre les yeux au niveau du faisceau Pour visualiser le faisceau, orienter la carte ou autre objet de visualisation vers le bas Proscrire tout objet réfléchissant non indispensable (bijoux, objets métalliques,…) Éviter l’introduction accidentelle d’un outil ou d’un composant réfléchissant Fixer tous les objets : le laser lui-même, les composants optiques et mécaniques Atténuer au maximum le faisceau chaque fois que l’émission maximale n’est pas nécessaire : en particulier pour les réglages Travailler dans une pièce correctement éclairée N.B. Les accidents surviennent surtout le soir quand les personnes sont fatiguées ou stressées Conseils pratiques «Précautions de l’expérimentateur» Conseils pratiques

34 –Monophtalmie (vision d’un seul œil) –Amblyopie (mauvaise correction – un œil plus sollicité que l’autre) –Opacité cristallinienne évolutive (cataracte par exemple) –Altération confirmée du fond d’oeil –Monophtalmie (vision d’un seul œil) –Amblyopie (mauvaise correction – un œil plus sollicité que l’autre) –Opacité cristallinienne évolutive (cataracte par exemple) –Altération confirmée du fond d’oeil Critères d’inaptitude au travail avec des lasers dangereux