New developments and applications in modelling occupational exposure to airborne contaminants

Resume: L'evaluation de l'exposition aux nuisances professionnelles represente une etape importante dans l'analyse de poste de travail. Les mesures directes sont rarement utilisees sur les lieux meme du travail et l'exposition est souvent estimee sur base de jugements d'experts. Il y a donc un besoin important de developper des outils simples et transparents, qui puissent aider les specialistes en hygiene industrielle dans leur prise de decision quant aux niveaux d'exposition. L'objectif de cette recherche est de developper et d'ameliorer les outils de modelisation destines a prevoir l'exposition. Dans un premier temps, une enquete a ete entreprise en Suisse parmi les hygienistes du travail afin d'identifier les besoins (types des resultats, de modeles et de parametres observables potentiels). Il a ete constate que les modeles d'exposition ne sont guere employes dans la pratique en Suisse, l'exposition etant principalement estimee sur la base de l'experience de l'expert. De plus, l'emissions de polluants ainsi que leur dispersion autour de la source ont ete consideres comme des parametres fondamentaux. Pour tester la flexibilite et la precision des modeles d'exposition classiques, des experiences de modelisations ont ete effectuees dans des situations concretes. En particulier, des modeles predictifs ont ete utilises pour evaluer l'exposition professionnelle au monoxyde de carbone et la comparer aux niveaux d'exposition repertories dans la litterature pour des situations similaires. De meme, l'exposition aux sprays impermeabilisants a ete appreciee dans le contexte d'une etude epidemiologique sur une cohorte suisse. Dans ce cas, certains experiences ont ete entreprises pour caracteriser le taux de d'emission des sprays impermeabilisants. Ensuite un modele classique a deux-zone a ete employe pour evaluer la dispersion d'aerosol dans le champ proche et lointain pendant l'activite de sprayage. D'autres experiences ont egalement ete effectuees pour acquerir une meilleure comprehension des processus d'emission et de dispersion d'un traceur, en se concentrant sur la caracterisation de l'exposition du champ proche. Un design experimental a ete developpe pour effectuer des mesures simultanees dans plusieurs points d'une cabine d'exposition, par des instruments a lecture directe. Il a ete constate que d'un point de vue statistique, la theorie basee sur les compartiments est sensee, bien que l'attribution a un compartiment donne ne pourrait pas se faire sur la base des simples considerations geometriques. Dans une etape suivante, des donnees experimentales ont ete collectees sur la base des observations faites dans environ 100 lieux de travail differents: des informations sur les determinants observes ont ete associees aux mesures d'exposition des informations sur les determinants observes ont ete associe. Ces differentes donnees ont ete employees pour ameliorer le modele d'exposition a deux zones. Un outil a donc ete developpe pour inclure des determinants specifiques dans le choix du compartiment, renforcant ainsi la fiabilite des previsions. Toutes ces investigations ont servi a ameliorer notre comprehension des outils des modelisations ainsi que leurs limitations. L'integration de determinants mieux adaptes aux besoins des experts devrait les inciter a employer cet outil dans leur pratique. D'ailleurs, en augmentant la qualite des outils des modelisations, cette recherche permettra non seulement d'encourager leur utilisation systematique, mais elle pourra egalement ameliorer l'evaluation de l'exposition basee sur les jugements d'experts et, par consequent, la protection de la sante des travailleurs. Abstract Occupational exposure assessment is an important stage in the management of chemical exposures. Few direct measurements are carried out in workplaces, and exposures are often estimated based on expert judgements. There is therefore a major requirement for simple transparent tools to help occupational health specialists to define exposure levels. The aim of the present research is to develop and improve modelling tools in order to predict exposure levels. In a first step a survey was made among professionals to define their expectations about modelling tools (what types of results, models and potential observable parameters). It was found that models are rarely used in Switzerland and that exposures are mainly estimated from past experiences of the expert. Moreover chemical emissions and their dispersion near the source have also been considered as key parameters. Experimental and modelling studies were also performed in some specific cases in order to test the flexibility and drawbacks of existing tools. In particular, models were applied to assess professional exposure to CO for different situations and compared with the exposure levels found in the literature for similar situations. Further, exposure to waterproofing sprays was studied as part of an epidemiological study on a Swiss cohort. In this case, some laboratory investigation have been undertaken to characterize the waterproofing overspray emission rate. A classical two-zone model was used to assess the aerosol dispersion in the near and far field during spraying. Experiments were also carried out to better understand the processes of emission and dispersion for tracer compounds, focusing on the characterization of near field exposure. An experimental set-up has been developed to perform simultaneous measurements through direct reading instruments in several points. It was mainly found that from a statistical point of view, the compartmental theory makes sense but the attribution to a given compartment could no~be done by simple geometric consideration. In a further step the experimental data were completed by observations made in about 100 different workplaces, including exposure measurements and observation of predefined determinants. The various data obtained have been used to improve an existing twocompartment exposure model. A tool was developed to include specific determinants in the choice of the compartment, thus largely improving the reliability of the predictions. All these investigations helped improving our understanding of modelling tools and identify their limitations. The integration of more accessible determinants, which are in accordance with experts needs, may indeed enhance model application for field practice. Moreover, while increasing the quality of modelling tool, this research will not only encourage their systematic use, but might also improve the conditions in which the expert judgments take place, and therefore the workers `health protection.