La mise en forme de pièces métalliques par application de puissants efforts de compression et de traction est pratique courante dans l’industrie. Lors des opérations d’emboutissage, le métal, le plus souvent sous forme de tôles, de feuillards en bobines ou coupés à longueur, reçoit des formes particulières à température ambiante par cisaillage, pressage et étirage entre des matrices, en une ou plusieurs passes. C’est à partir d’acier laminé à froid que sont exécutées de nombreuses opérations d’emboutissage destinées à fabriquer des pièces métalliques pour l’industrie automobile, l’électroménager, etc. Environ 15% des travailleurs de l’industrie automobile travaillent à des opérations ou dans des ateliers d’emboutissage.

En forgeage, l’effort de compression est appliqué à des blocs préformés (ébauches) de métal, généralement portés à haute température, là encore moyennant une ou plusieurs passes distinctes. La forme de la pièce finie est déterminée par celle des évidements de la ou des matrices métalliques utilisées. Avec les matrices à empreinte ouverte, comme dans le cas du forgeage au pilon, l’ébauche est comprimée entre la matrice et le piston. Avec les matrices à empreinte fermée, comme dans le matriçage, l’ébauche est comprimée entre la matrice inférieure et une matrice supérieure fixée sur le piston.

Les marteaux-pilons utilisent un cylindre à vapeur ou à air comprimé pour soulever le marteau, qui retombe ensuite par gravité, à moins qu’il soit également mû à la descente par la vapeur ou l’air comprimé. Le nombre et la force des coups de marteau sont réglés manuellement par l’opérateur de la machine qui maintient souvent l’extrémité froide de la pièce à forger tout en assurant le fonctionnement du marteau-pilon. Autrefois, le forgeage au marteau-pilon représentait les deux tiers environ des travaux de forge exécutés aux Etats-Unis, mais il est aujourd’hui moins utilisé.

Les presses à forger comportent un vérin mécanique ou hydraulique permettant de façonner la pièce d’un seul coup, lent et contrôlé (voir figure 82.1). Cette opération appelée matriçage est généralement commandée automatiquement. Elle peut être effectuée à chaud ou à température normale (matriçage à froid, extrusion). Une variante du forgeage à froid est représentée par le roulage où la pièce subit des pressions répétées pendant que l’opérateur de la machine la fait tourner.

Des lubrifiants sont pulvérisés ou appliqués de diverses manières sur les matrices et les flans avant chaque passe.

Les pièces de machine à haute résistance telles qu’arbres, couronnes de différentiel, éléments de visserie et composants de la suspension des véhicules sont autant de produits en acier forgé bien connus. Les composants à haute résistance utilisés en aéronautique tels que longerons d’aile, disques de turbine et éléments des trains d’atterrissage sont forgés en aluminium, titane ou alliages de nickel et d’acier. Environ 3% des travailleurs de l’automobile travaillent à la forge.

Bon nombre des risques propres à l’industrie lourde se retrouvent dans les opérations d’estampage et de forgeage. C’est le cas des pathologies d’hypersollicitation liées à la manutention et au traitement répétés des pièces, ainsi qu’à la manœuvre de commandes de machines telles que les boutons-poussoirs en champignon. La manipulation de pièces lourdes expose les travailleurs à des problèmes de dos et des épaules ainsi qu’à des troubles musculo-squelettiques affectant les membres supérieurs. Dans l’industrie automobile, les opérateurs de presse des ateliers d’emboutissage présentent des taux de pathologies d’hypersollicitation comparables à ceux des travailleurs des chaînes de montage occupant des emplois à haut risque. La plupart des opérations d’emboutissage et certains travaux de forgeage (au marteau-pilon à vapeur ou au marteau à air comprimé, par exemple) s’accompagnent de vibrations et de bruits à forte intensité impulsionnelle, qui engendrent un risque de déficit auditif et, éventuellement, des maladies cardio-vasculaires; il s’agit ici d’établissements industriels à classer parmi les plus bruyants (plus de 100 dBA). Comme dans d’autres formes de systèmes automatisés, la dépense énergétique du travailleur peut être élevée, selon les pièces à manipuler et la cadence des machines.

Des accidents très graves, résultant de mouvements non prévus de la machine, ne sont pas rares dans les ateliers d’emboutissage et de forgeage. Ils peuvent avoir les causes suivantes: 1) défaillance mécanique des systèmes de commande, notamment des mécanismes d’embrayage, à des moments où les travailleurs sont censés, de par leur tâche, se trouver dans la zone de travail de la machine (ce qui constitue un vice de conception inacceptable); 2) défauts de conception ou de fonctionnement des machines qui amènent le travailleur à procéder à des interventions imprévues (pour déplacer des pièces coincées ou mal centrées, par exemple); ou 3) procédures d’entretien inadéquates, à haut risque, exécutées sur une machine sans consignation efficace de tout l’ensemble mécanique en cause, y compris des automatismes de transfert des pièces et des fonctions d’autres machines reliées à la première. La plupart des machines automatisées fonctionnant en réseau ne sont pas configurées pour permettre une consignation rapide et efficace ou un dépannage sans danger.

Les brouillards d’huiles générés par le fonctionnement normal des machines constituent un autre risque professionnel propre aux presses d’emboutissage et de forgeage à air comprimé; ils exposent en effet les travailleurs à un risque de maladies respiratoires, cutanées et digestives.

Les opérations d’emboutissage présentent un risque élevé de graves lacérations lié à la nécessité de manipuler des pièces à arêtes coupantes. La manipulation des chutes ou tombées de coupes peut s’avérer encore plus dangereuse. Les chutes sont généralement évacuées par gravité au moyen de plans inclinés et de transporteurs sur lesquels il est particulièrement dangereux d’intervenir pour remédier à un bourrage.

Pour ce qui concerne les risques chimiques spécifiques à l’emboutissage, ils tiennent essentiellement à deux causes: d’une part, les graisses d’emboutissage (c’est-à-dire les lubrifiants de matrice) lors des opérations à la presse proprement dites et, d’autre part, les émissions de soudage au cours de l’assemblage des pièces embouties. La plupart des opérations d’emboutissage requièrent des graisses qui sont appliquées sur la tôle par pulvérisation ou au rouleau, l’opération d’emboutissage proprement dite produisant en outre des émissions sous forme de brouillards. Comme les autres liquides utilisés pour le travail des métaux, les lubrifiants d’emboutissage peuvent être des huiles entières ou des émulsions (huiles solubles). Parmi leurs composants figurent des fractions d’huile de pétrole, des lubrifiants spéciaux (dérivés d’acides gras d’origine animale ou végétale, huiles chlorées et cires, par exemple), des alcanolamines, des sulfonates de pétrole, des borates, des épaississants cellulosiques, des inhibiteurs de corrosion et des biocides. En emboutissage, les concentrations en aérosols dans l’atmosphère peuvent atteindre celles observées autour des machines-outils classiques, tout en étant en moyenne moins élevées (0,05 à 2 mg/m3). Pourtant, on observe souvent la présence de brouillards visibles et de pellicules d’huile accumulées sur les surfaces des bâtiments, et la manipulation répétée des pièces peut augmenter le risque de contact cutané. Les expositions les plus susceptibles de comporter des risques sont celles aux huiles chlorées (risque de cancer, de maladies hépatiques, d’affections cutanées), à la colophane ou aux dérivés d’acides gras de tallöl (sensibilisants), aux fractions de pétrole (cancers des voies digestives), éventuellement aussi au formaldéhyde (contenu dans des biocides) et aux nitrosamines (provenant des alcanolamines et du nitrite de sodium présents dans les graisses d’emboutissage ou les produits de protection de surface des aciers livrés à l’usine). Des taux élevés de cancer des voies digestives ont été observés dans deux ateliers d’emboutissage de pièces d’automobiles. Des proliférations microbiennes dans les systèmes d’application au rouleau des graisses d’emboutissage sur la tôle d’acier à partir d’un réservoir ouvert peuvent faire courir aux travailleurs des risques de maladies respiratoires et cutanées analogues à celles rencontrées dans les opérations d’usinage.

Le soudage des pièces embouties est souvent exécuté dans les ateliers d’emboutissage, le plus souvent sans lavage intermédiaire. Il en résulte des émissions comprenant des fumées métalliques ainsi que des produits de pyrolyse et de combustion provenant du lubrifiant d’emboutissage et d’autres résidus présents sur les surfaces. En général, les travaux de soudage (par résistance surtout) dans ces ateliers produisent des concentrations en particules totales comprises entre 0,05 et 4 mg/m3. La teneur en métaux (sous forme de fumées et d’oxydes) représente généralement moins de la moitié de ces émissions, d’où il ressort que des résidus chimiques assez mal caractérisés peuvent représenter des concentrations de 2 mg/m3. C’est ce qui explique qu’il se forme un brouillard visible autour de nombreux postes de soudage situés dans les ateliers d’emboutissage. La présence de dérivés chlorés et d’autres substances organiques est une bonne raison de s’inquiéter quant à la composition des fumées de soudage dans ces ateliers et plaide fortement pour la mise en place de moyens de ventilation. L’application d’autres matériaux avant le soudage (tels que couche de fond, peinture et adhésifs du type époxy), qui restent en place pendant le soudage, ne fait que rendre le problème plus préoccupant. Les réparations de la production soudée, généralement effectuées à la main, occasionnent souvent des expositions encore plus élevées à ces mêmes contaminants de l’air. Des taux de cancer du poumon excédentaires ont été observés parmi les soudeurs d’un atelier d’emboutissage d’usine automobile.

Comme l’emboutissage, le forgeage peut s’accompagner de risques élevés de coupures lorsque les travailleurs ont à manipuler des pièces forgées ou à les ébavurer. Le forgeage à haute énergie peut également causer des projections de métal, de calamine ou d’outils qui causent des blessures. Dans certains cas, le travailleur est amené à saisir la pièce à forger au moyen de tenailles durant les passes de pressage ou de frappe, d’où un risque accru de troubles musculo-squelettiques. A la forge, à la différence de ce qui se passe dans les ateliers d’emboutissage, les fours destinés à chauffer les pièces (pour le forgeage et le recuit) ainsi que les bennes où sont recueillies les pièces forgées à chaud sont généralement situés à proximité, ce qui entraîne un risque important de coup de chaleur, encore accru par la charge métabolique du poste de travail imposée au travailleur par la manutention des matériaux et, dans certains cas, par la chaleur dégagée par les produits de combustion des lubrifiants de matrices issus du pétrole.

La lubrification des matrices, indispensable dans la plupart des travaux de forge, présente en plus l’inconvénient du contact direct du lubrifiant avec des pièces à haute température, ce qui cause une pyrolyse et une aérosolisation immédiates, non seulement dans les matrices mais aussi, ensuite, sur les pièces placées dans les bennes de refroidissement. Les lubrifiants de matrices employés en forgeage peuvent contenir du graphite, des épaississants polymériques, des émulsifiants sulfonés, des fractions de pétrole, du nitrate de sodium, des nitrites de sodium, du carbonate de sodium, du silicate de sodium, des huiles de silicone et des biocides. Ces lubrifiants sont appliqués par pulvérisation ou, dans certains cas, avec un tampon. Les fours destinés à chauffer les métaux à forger fonctionnent généralement au mazout ou au gaz, à moins qu’il ne s’agisse de fours à induction. Les fours au mazout ayant un mauvais tirage et les fours à induction non ventilés risquent de produire des émissions lorsque le métal présente à l’arrivée des contaminants superficiels, tels que de l’huile ou des inhibiteurs de corrosion ou si, avant le forgeage, il a été lubrifié en vue du cisaillage ou du sciage (comme dans le cas des barres marchandes). Aux Etats-Unis, les concentrations totales en particules atmosphériques dans les opérations de forgeage sont généralement comprises entre 0,1 et 5 mg/m3; elles varient considérablement selon les cas du fait des courants de convection thermique. On a observé un taux élevé de cancer du poumon chez les travailleurs de deux usines de roulements à billes affectés à la forge et au traitement thermique.

Peu d’études ont été effectuées concernant les effets sur la santé des travailleurs lors des opérations d’emboutissage ou de forgeage. La caractérisation globale du potentiel toxique de la plupart des opérations courantes, à commencer par l’identification et le mesurage des principaux agents toxiques, n’a pas été réalisée. Ce n’est que récemment qu’il est devenu possible d’évaluer les effets pathologiques à long terme des techniques de lubrification des matrices mises au point dans les années soixante et soixante-dix. De ce fait, la réglementation de ces expositions s’appuie par défaut sur des normes génériques relatives aux poussières ou aux particules totales, comme c’est le cas aux Etats-Unis avec un taux de 5 mg/m3. Si cette norme est probablement suffisante dans certains cas, il reste à démontrer qu’elle l’est pour de nombreuses applications en emboutissage et en forgeage.

En adoptant des pratiques d’application améliorées, il est pos-sible de réduire quelque peu les concentrations de brouillards de lubrifiants de matrices tant en emboutissage qu’en forgeage. Ainsi, dans le premier cas, il est préférable de recourir à l’application au rouleau quand la chose est faisable et d’employer une pression d’air minimale pour les pulvérisations. Toute solution d’élimination des substances les plus nocives devrait être étudiée. Les enceintes à dépression et les collecteurs de brouillards peuvent être extrêmement efficaces, mais ils ne sont pas toujours compatibles avec la manipulation des pièces. Le filtrage de l’air rejeté par les systèmes à haute pression dont sont équipées les presses permettrait de réduire les émissions de brouillard d’huile (et le bruit). L’automatisation et le port de bons vêtements de protection individuelle, protégeant des coupures et de l’imprégnation par les liquides, peuvent réduire les contacts cutanés lors des opérations d’emboutissage. S’agissant du soudage dans les ateliers d’emboutissage, le lavage des pièces avant soudage est extrêmement souhaitable, tandis que des enceintes partielles à aspiration localisée permettront de réduire notablement les niveaux de fumées.

Parmi les mesures permettant de réduire les coups de chaleur dus aux opérations d’emboutissage et de forgeage à chaud, on peut citer celles qui consistent à diminuer le nombre nécessaire de manipulations des pièces dans les zones où il règne une forte chaleur, à placer des écrans devant les fours pour limiter le rayonnement thermique, à réduire la hauteur des portes et des ouvertures des fours et à utiliser des ventilateurs pour le refroidissement. Le choix des emplacements des ventilateurs doit faire partie intégrante de l’étude des flux de circulation d’air destinée à limiter les expositions aux vapeurs d’huile et les coups de chaleur, faute de quoi le refroidissement pourrait être obtenu au prix d’expositions encore plus élevées.

La mécanisation des opérations de manutention, le passage chaque fois que possible du forgeage au marteau au forgeage à la presse et l’adaptation des cadences de travail aux règles de l’ergonomie sont de nature à réduire le nombre des troubles musculo-squelettiques.

Les niveaux sonores peuvent être abaissés au moyen d’un ensemble de mesures: remplacement du marteau-pilon par la presse lorsque c’est réalisable, encoffrements bien conçus et insonorisation des souffleries, des embrayages pneumatiques, des conduites d’air et des équipements de manutention des pièces. Un programme de préservation de l’ouïe sera institué.

L’équipement de protection individuelle comprendra une protection de la tête, des chaussures de travail, des lunettes spéciales, des casques antibruit (à proximité des zones les plus bruyantes), des tabliers à l’épreuve de la chaleur et des projections d’huile, des guêtres (en cas d’utilisation importante de lubrifiants de matrices à base de pétrole) ainsi que des protections des yeux et du visage contre le rayonnement infrarouge (à proximité des fours).

Les risques pour l’environnement imputables aux ateliers d’emboutissage, qui sont relativement mineurs par rapport à ceux d’autres usines, comprennent l’élimination des graisses d’emboutissage usées et des eaux de lavage, ainsi que l’évacuation des fumées de soudage sans épuration préalable. Par le passé, certaines forges ont été localement à l’origine d’une dégradation notoire de la qualité de l’air, du fait des émissions de fumées de forge et de poussières de calamine. A condition de mettre en œuvre les moyens d’épuration nécessaires, la chose ne devrait plus se produire. Cependant, un autre problème qui risque de se présenter est celui de l’élimination des ferrailles d’emboutissage et de la calamine de forge contenant des lubrifiants.