Prévention du risque au laboratoire

Cours complet · mesures et incertitudes (MPSI), chapitre 2 · CPGE MPSI (1re année)

Le laboratoire de physique-chimie expose à des risques réels : produits chimiques, tensions électriques, faisceaux laser, corps chauds, gaz sous pression. Futurs ingénieurs, chercheurs ou enseignants, les étudiants doivent adopter une attitude responsable et autonome dans la prévention de ces risques, et être sensibilisés à l'impact environnemental de leur activité. Ce court chapitre rassemble les règles et le vocabulaire communs à toutes les séances de travaux pratiques.

2.1 Une attitude responsable et autonome

Méthode : réflexes permanents au laboratoire

Avant de manipuler : lire le protocole en entier, repérer les étapes à risque, consulter les étiquettes et les fiches de données de sécurité (FDS) des produits, préparer la paillasse (dégagée, stable, propre).
Se protéger : blouse en coton fermée, lunettes de sécurité dès qu'un produit chimique est manipulé, gants adaptés au produit (et retirés pour toucher poignées et claviers), cheveux attachés, pas de lentilles de contact en présence de vapeurs corrosives.
Pendant : ne jamais pipeter à la bouche, ne jamais manger ni boire, étiqueter tout récipient intermédiaire, travailler sous hotte dès qu'un produit est volatil, toxique ou irritant.
Après : trier les déchets dans les bidons prévus (jamais de produit dangereux à l'évier sans consigne explicite), ranger, se laver les mains.
En cas d'incident : prévenir immédiatement l'enseignant ; connaître l'emplacement de la douche de sécurité, du rince-œil, de l'extincteur et de la couverture anti-feu.

iRemarque

L'autonomie exigée par le programme ne consiste pas à « se débrouiller seul », mais à anticiper : identifier soi-même, avant manipulation, les dangers, les moyens de prévention et la conduite à tenir en cas d'incident.

2.2 Le risque chimique

2.2.1 Classes de danger et pictogrammes

Le règlement européen CLP (aligné sur le système général harmonisé SGH) classe les produits chimiques en classes de danger (physiques, pour la santé, pour l'environnement), elles-mêmes découpées en catégories selon la sévérité. Chaque classe est signalée par un pictogramme normalisé : un losange à bordure rouge, sur fond blanc, portant un symbole noir. Ils sont neuf, et neuf seulement : tout autre dessin, toute autre couleur n'est pas un pictogramme réglementaire.

Figure : Les neuf pictogrammes de danger du règlement CLP (système général harmonisé), ici stylisés. Dans tous les cas : un losange à bordure rouge, un fond blanc, un symbole noir --- toute autre combinaison n'est pas un pictogramme réglementaire. Entre parenthèses, quelques-unes des mentions de danger qui déclenchent chaque pictogramme.

2.2.2 Mentions H et P, fiches de données de sécurité

Définition 2.1mentions de danger et conseils de prudence

L'étiquette d'un produit chimique porte :

des mentions de danger H (hazard) : code H suivi de trois chiffres — H2xx dangers physiques, H3xx dangers pour la santé, H4xx dangers pour l'environnement. Exemple : H314 « provoque de graves brûlures de la peau et de graves lésions des yeux » ;
des conseils de prudence P (precaution) : P1xx généraux, P2xx prévention, P3xx intervention, P4xx stockage, P5xx élimination. Exemple : P280 « porter des gants de protection et un équipement de protection des yeux » ;
les pictogrammes, un mot d'avertissement (« Danger » ou « Attention ») et l'identité du produit.

La fiche de données de sécurité (FDS) du produit détaille en 16 rubriques les dangers, la manipulation, le stockage et l'élimination : c'est le document de référence à consulter avant toute manipulation d'un produit inconnu.

Figure : Anatomie d'une étiquette réglementaire, ici celle d'un acide chlorhydrique concentré. Les pictogrammes se voient de loin, mais ce sont les mentions H et les conseils P qui disent respectivement ce que le produit fait et ce qu'il faut faire.

Méthode : prélever, mélanger, stocker

Prélever : la quantité strictement nécessaire, avec du matériel propre et dédié ; ne jamais re-verser un excédent dans le flacon d'origine (contamination).
Mélanger : vérifier la compatibilité (jamais d'oxydant fort avec un réducteur ou un combustible ; jamais d'eau versée dans un acide concentré — toujours l'acide dans l'eau, sous agitation).
Stocker : flacons étiquetés, armoires séparées par classes de compatibilité (acides / bases / inflammables), inflammables dans une armoire ventilée dédiée.

2.3 Le risque électrique

Importantseuils physiologiques

C'est l'intensité qui traverse le corps qui est dangereuse : seuil de perception $\sim 1 mA$ , contraction musculaire (impossibilité de lâcher prise) $\sim 10 mA$ , fibrillation cardiaque possible au-delà de $\sim 30 mA$ en alternatif. Avec une résistance du corps de quelques kiloohms à peau sèche, qui tombe vers le kiloohm dès que la peau est mouillée, la tension de sécurité en milieu sec est fixée à $50 V$ en alternatif ( $25 V$ en milieu humide).

Figure : Effets d'un courant alternatif (

50 Hz

) traversant le corps d'une main à l'autre, en fonction de son intensité. Les seuils valent pour un contact de quelques secondes ; ils sont d'autant plus bas que le contact dure.

Méthode : attitude responsable face au risque électrique

câbler hors tension, faire vérifier le montage avant la mise sous tension ; couper l'alimentation avant toute modification ;
respecter les calibres des appareils et les valeurs limites des composants (courant maximal d'une bobine, tension d'un condensateur électrochimique et sa polarité) ;
attention aux masses reliées à la terre (oscilloscope, GBF) : deux masses placées en des points différents d'un circuit créent un court-circuit ;
les condensateurs de forte capacité restent chargés après coupure : les décharger dans une résistance ;
ne jamais improviser avec le secteur ( $230 V$ ) : prises endommagées, multiprises en cascade et liquides près des alimentations sont proscrits.

Figure : Deux masses posées en des points différents du circuit : la liaison qui les relie par la terre court-circuite tout ce qui se trouve entre elles. C'est l'erreur de câblage la plus fréquente en travaux pratiques d'électricité.

2.4 Le risque optique

Méthode : lasers et sources intenses

Ne jamais regarder directement un faisceau laser, même de classe 2 ( $\leq 1 mW$ ), ni son reflet spéculaire : retirer montres et bagues réfléchissantes, travailler avec le faisceau horizontal et sous le niveau des yeux (ne pas se pencher à hauteur du banc) ;
bloquer le faisceau en aval du montage (écran mat), délimiter la zone d'expérience ;
les lasers de TP sont de classe 1 ou 2 : le réflexe palpébral protège pour une exposition fugitive, mais on ne compte jamais dessus ;
les DEL de puissance et lampes spectrales (UV des lampes à vapeur de mercure) peuvent aussi blesser : ne pas les fixer, utiliser les filtres fournis.

Figure : Le mécanisme de l'accident optique le plus banal : le faisceau est bien horizontal et sous le niveau des yeux, mais une surface polie oubliée sur le banc suffit à le renvoyer, presque intact, vers un œil. En bas, les classes de laser de la norme IEC 60825-1.

2.5 Risques liés à la pression et à la température

Méthode : corps chauds, hautes et basses pressions

Corps chauds : un bécher à $80° C$ ressemble à un bécher à $20° C$ — utiliser pinces et gants thermiques ; ne jamais chauffer un récipient fermé (surpression, explosion) ; chauffer à ébullition avec des grains de pierre ponce (éviter les retards à l'ébullition) ;
Basses températures : azote liquide ( $77 K$ ) et carboglace provoquent des brûlures froides ; gants cryogéniques, local ventilé (asphyxie par déplacement de l'oxygène) ;
Gaz sous pression : bouteilles attachées debout, détendeur adapté, ouverture lente des robinets ;
Vide : un récipient sous vide peut imploser — utiliser de la verrerie prévue à cet effet (parois épaisses), écran de protection.

Figure : Chauffer un récipient fermé, c'est suivre la courbe de pression de vapeur saturante sans rien pour l'arrêter. Un montage à reflux chauffe au contraire jusqu'à l'ébullition en restant ouvert à l'atmosphère : la vapeur se condense et retombe, la pression ne monte pas.

2.6 Prévention de l'impact environnemental

Méthode : traitement et rejet des espèces chimiques

Identifier le devenir de chaque espèce dès la lecture du protocole : les mentions H4xx et les rubriques 12--13 de la FDS renseignent sur l'écotoxicité et l'élimination ;
Trier : bidons de récupération séparés (solvants organiques halogénés / non halogénés, solutions de métaux lourds, acides-bases) ; seules les solutions aqueuses inoffensives, éventuellement neutralisées, vont à l'évier avec dilution — et uniquement sur consigne ;
Neutraliser quand c'est prévu : ramener un rejet acide ou basique vers pH 6--8 avant rejet ;
Minimiser : entre plusieurs modes opératoires équivalents, choisir celui qui utilise le moins de produit, les espèces les moins dangereuses, et qui produit le moins de déchets (chimie en quantités réduites, remplacement d'un solvant halogéné).

Figure : Les filières de déchets d'un laboratoire d'enseignement, du bécher au bidon étiqueté. Le tri se décide à la lecture du protocole, pas devant l'évier.

<i class="fa-solid fa-dumbbell mr-2" style="color:#2E7559"></i>2.7 Exercices résolus

exercice 1 : lire une étiquette

L'étiquette d'un flacon d'acide chlorhydrique concentré (figure fig:etiquette) porte le pictogramme « corrosif », les mentions H314 et H335 (« peut irriter les voies respiratoires ») et les conseils P280 et P305+P351+P338 (« en cas de contact avec les yeux : rincer avec précaution à l'eau pendant plusieurs minutes »). Quelles précautions concrètes pour préparer $100 mL$ d'une solution diluée ?

Démonstration

H314 (corrosif cutané/oculaire) et H335 (vapeurs irritantes) imposent : blouse, gants adaptés, lunettes (P280), travail sous hotte (vapeurs). On verse l'acide dans l'eau (jamais l'inverse : la dissolution est très exothermique et provoquerait des projections d'acide concentré), lentement et sous agitation. Le rince-œil doit être repéré avant de commencer (P305...). L'excédent éventuel n'est pas reversé au flacon ; le matériel est rincé, les eaux de rinçage très diluées peuvent aller à l'évier après neutralisation, sur consigne.

exercice 2 : risque électrique

Dans un TP sur le circuit RLC, un étudiant veut visualiser simultanément la tension du GBF et la tension aux bornes de la résistance avec un oscilloscope à deux voies. Il branche la masse de la voie 1 sur une borne du GBF et la masse de la voie 2 sur une borne de la résistance, en deux points différents du circuit. Que se passe-t-il ? Comment faire correctement ?

Démonstration

Les masses des deux voies de l'oscilloscope sont reliées entre elles et à la terre, comme celle du GBF : brancher deux masses en des points différents du circuit court-circuite la portion de circuit comprise entre ces deux points (figure fig:masses) (risque de destruction de composants et de fort courant). Correction : placer toutes les masses au même nœud du circuit, et réorganiser le circuit pour que la résistance ait une borne à la masse ; à défaut, utiliser une sonde différentielle ou la fonction soustraction des deux voies.

exercice 3 : élimination d'un mélange

En fin de titrage, un bécher contient une solution aqueuse de sulfate de cuivre ( $\approx 1 0^{- 2} mol / L$ , pictogrammes « danger santé » et « environnement », H410 : très toxique pour les organismes aquatiques). Un camarade propose de la verser à l'évier « puisque c'est très dilué ». Qu'en penser ?

Démonstration

Non : la mention H410 (danger chronique pour le milieu aquatique) impose la récupération dans le bidon « métaux lourds » (figure fig:dechets), quelle que soit la dilution — les ions Cu $^{2 +}$ ne sont pas dégradés par le traitement biologique des eaux usées et s'accumulent dans l'environnement. La dilution ne détruit pas l'espèce, elle ne fait que la disperser. Verser au bidon dédié, rincer le bécher au-dessus du même bidon avec un petit volume d'eau, puis laver normalement.

exercice 4 : montage d'optique au laser

Pour mesurer une longueur d'onde par diffraction, on aligne un laser de classe 2 sur un banc d'optique (figure fig:laser). Citer quatre règles de sécurité spécifiques à ce montage.

Démonstration

(1) Régler le faisceau horizontal, sous le niveau des yeux, et ne jamais se pencher à sa hauteur (ni s'asseoir pour mettre l'œil au niveau du banc). (2) Retirer montre et bagues, éloigner tout objet réfléchissant du trajet du faisceau : un reflet spéculaire est presque aussi dangereux que le faisceau direct. (3) Bloquer le faisceau en aval par un écran mat, et ne pas laisser le faisceau sortir de la zone de travail. (4) Ne jamais regarder dans le faisceau ni le diriger vers un camarade, même « pour tester » : la classe 2 n'est tolérable que pour une exposition fugitive protégée par le réflexe palpébral.

2.8 Synthèse

Importantl'essentiel du chapitre

Anticiper : étiquette (pictogrammes, mentions H, conseils P) et FDS lues avant de manipuler ; EPI systématiques (blouse, lunettes, gants adaptés) ; hotte pour les produits volatils.
Risque chimique : classes et catégories de danger CLP/SGH ; prélèvement minimal, compatibilités de mélange (acide dans l'eau), stockage par familles.
Risque électrique : câbler hors tension ; tension de sécurité $50 V$ ; attention aux masses communes GBF/oscilloscope ; décharger les condensateurs.
Risque optique : jamais l'œil dans le faisceau ni dans un reflet ; faisceau horizontal sous le niveau des yeux, bloqué en aval.
Pression et température : jamais de récipient fermé chauffé ; pinces et gants ; précautions cryogéniques ; verrerie adaptée au vide.
Environnement : tri des déchets par bidons, neutralisation éventuelle, dilution $\neq =$ élimination ; choisir le protocole le moins impactant.

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