Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le récent développement des nanotechnologies induit des expositions potentielles aux nanoparticules dans une diversité de milieux professionnels. Une meilleure appréhension des risques et des expositions professionnelles aux nanoparticules représente alors un enjeu essentiel pour les acteurs de la prévention, ce qui nécessite d’enrichir, voire de rompre, avec les approches classiques de métrologie et de prévention. Dans ce contexte, notre thèse se centre sur le développement d’une méthodologie transdisciplinaire intégrant l’analyse de l’activité à la mesure afin de produire des connaissances sur l’exposition aux nanoparticules et sa maîtrise. A partir de la construction et de la validation d’une méthodologie par des spécialistes de la mesure des nanoparticules, de l’épidémiologie et de l’ergonomie, nos résultats s’orientent autour de trois axes. 1) La revue systématique de la littérature des préconisations actuelles pour évaluer les expositions professionnelles aux nanoparticules met en avant l’existence de 23 documents centrés sur la mesure des nanoparticules manufacturées seulement sans s’intéresser aux nanoparticules émises non intentionnellement par certains procédés industriels. Par ailleurs, ces recommandations à destination des préventeurs doivent évoluer pour une meilleure prise en compte de l’activité de travail et devenir opérationnelles. 2) La méthode d’évaluation de l’exposition produite tenant compte de ces limites, est passée par une mobilisation des acteurs de l’entreprise pour collecter des informations sur les situations potentielles d’exposition. Ensuite, des mesurages en temps réel et intégrés des aérosols, accompagnés d’enregistrements de la fréquence cardiaque et respiratoire sont synchronisés à des vidéos de situations de travail. Un découpage à différentes échelles temporelles en phase de l’activité ou en action détaillée de l’opérateur, conduit à révéler des situations d’exposition réelles aux nanoparticules, et évaluer leurs niveaux d’exposition intégrant l’intensité physique. 3) Nous montrons que les échanges avec les opérateurs lors d’entretiens de confrontation aux vidéos et mesures synchronisées, permettent de rendre visibles ces situations d’exposition et leurs déterminants, sous forme de situations d’exposition caractéristiques. Cette présentation des résultats de l’analyse de l’activité, contribue à comprendre et mettre en perspective les pratiques de sécurité formelles pour les faire évoluer. C’est par ces échanges collectifs que les déterminants de l’exposition sont découverts, ce qui permet aux différents acteurs de renforcer la maîtrise de l’exposition. L’usage des situations d’exposition est aussi un moyen d’agir sur les projets de conception en transférant des repères pour la conception et la prévention. Il devient alors possible d’enrichir les évaluations de l’exposition aux nanoparticules et contribuer à la construction collective de la sécurité dans l’innovation. / The recent development of nanotechnologies has led to potential exposures to nanoparticles in a variety of workplaces. A better understanding of occupational exposures to nanoparticles represents a major stake for prevention stakeholders. These exposures require an overhaul of, and perhaps a break from traditional metrology and prevention approaches, as they are challenged by the particular characteristics of nanoparticles. In this context, this thesis focuses on the development of a transdisciplinary methodology integrating work activity analysis with measurement in order to produce knowledges on exposure to nanoparticles and its control.From the construction and the validation of a methodology between specialists in nanoparticle measurement, epidemiology and ergonomics, our results follow three axes. 1) The systematic review of the literature on current recommendations for assessing occupational exposures to nanoparticles highlights the existence of 23 documents focusing on the measurement of manufactured nanoparticles only, excluding nanoparticles emitted unintentionally by some industrial processes. In addition, these recommendations for preventionists must evolve to take better account of work activity and become operational. 2) The exposure assessment method developed in this thesis work is based on the mobilization of the company's stakeholders to gather information on potential exposure situations. Then, real-time as well as time averaged aerosol measurements, accompanied by heart rate recording, were synchronized with videos of work situations. A breakdown at different time scales, at the work activity stage or in more detailed action carried out by the operator, revealed real exposure situations to nanoparticles, and characterized the associated exposure levels, taking into account the physical intensity of the work. 3) We show that discussions with operators during confrontation interviews involving real-time measurement synchronized to videos of the work activity, made it possible to make these exposure situations and their determinants visible, in the form of “typical exposure situations”. Presenting the results in association with the work activity analysis in the companies contributes to understanding and questioning the regulated safety practices to make them change. It is through these collective exchanges that the determinants of exposure are discovered, allowing to the company’s stakeholders to improve exposure control. The use of exposure situations is also a means of influencing design projects by transferring requirements for conception or prevention. It therefore becomes possible to expand exposure assessment to nanoparticles and contribute to collectively build safety within innovation.

La banque de données IMIS (Integrated Management Information System) de l’agence américaine OSHA (Occupational Safety and Health Administration) contient l’ensemble des mesures de l’exposition effectuées par les inspecteurs d’OSHA chargés de vérifier la conformité aux valeurs limites d’exposition. Les résultats analytiques correspondant aux prélèvements effectués par les inspecteurs sont également disponibles dans la banque CEHD (Chemical Exposure Health Data). Ces deux banques représentent une source d’information potentielle majeure sur les conditions d’exposition aux substances chimiques en Amérique du Nord. Cependant, leur représentativité par rapport à la distribution réelle des niveaux d’exposition retrouvés dans les milieux de travail est largement inconnue. L’objectif de cette thèse est d’établir dans quelle mesure les données de contamination de l'air recueillies par l’agence fédérale américaine OSHA peuvent être utilisées pour l’estimation des expositions professionnelles en Amérique du Nord. Les analyses ont porté sur 511 047 et 588 818 mesures d’exposition contenues dans les banques IMIS et CEHD respectivement, pour la période 1979-2011. Premièrement, des modèles additifs généralisés ont été utilisés pour étudier l’association entre les variables reflétant les caractéristiques des établissements visités et des inspections et les niveaux d’exposition pour 77 agents chimiques (90% du contenu d’IMIS). Dans un second temps, une approche de régression de Poisson modifiée a été utilisée pour étudier les facteurs déterminants l’enregistrement ou non des échantillons de CEHD dans la banque IMIS en jumelant les deux banques pour 78 agents chimiques. Finalement, des modèles CART (Classification And Regression Tree) ont été développés permettant de prédire, parmi les résultats non détectés de la banque IMIS, lesquels correspondent à des mesures courte durée ou des moyennes pondérées sur 8 heures (VEMP-8h) en se basant sur les variables communes aux banques IMIS et CEHD. Dans la première analyse, les modèles statistiques ont montré que les niveaux d’exposition étaient plus susceptibles de dépasser la TLV (threshold limit value) pour les mesures effectuées sous un régime OSHA fédéral par rapport au régime OSHA d’État (rapport de cote (RC) de 1,22 à travers les agents). La probabilité de dépasser la TLV augmentait avec le nombre total des amendes reçues par un établissement, indépendamment de la nature des infractions (RC de 1,54 à travers les agents entre les catégories « élevée » et « aucune »). Elle était également plus élevée pour les visites de suivi que pour les visites planifiées (RC de 1,61). Dans la deuxième analyse, la comparaison des banques IMIS et CEHD a montré un taux d’enregistrement global de 38% des données CEHD dans IMIS. Les résultats non détectés (particulièrement ceux mesurés sur un panel d’agents – p. ex. panel de métaux) étaient moins susceptibles d’être enregistrés dans IMIS (risque relatif ~0,6). Finalement, les modèles CART ont prédit plus précisément le type de prélèvement (courte durée, VEMP-8h) pour les résultats non détectés dans IMIS que des méthodes simples d’attribution (p. ex. attribution du type le plus fréquent parmi les résultats détectés) pour les agents les plus pertinents (c.-à-d. ceux ayant une proportion substantielle de mesures ND, courte durée et VEMP-8h). Nos résultats ont montré la présence de plusieurs mécanismes de sélection dans le processus conduisant à l’enregistrement d’une mesure d’exposition dans IMIS, ce qui suggère l’existence de différences systématiques entre les niveaux rapportés dans les banques OSHA et les niveaux moyens d’exposition dans la population de travailleurs. La prise en compte des informations contextuelles aux mesures et l’emploi de méthodes prédictives peuvent aider à pallier partiellement ces biais et ainsi raffiner les portraits d’exposition établis à partir des données d’OSHA. / The Integrated Management Information System (IMIS) contains exposure measurements taken by the U.S. Occupational Safety and Health Administration (OSHA) inspectors to verify compliance with permissible exposure limits. Supplementary data containing analytical results of the field samples are available in the Chemical Exposure Health Database (CEHD). These databanks represent a major potential source of information on exposure conditions in North American workplaces. However, the degree to which they represent the actual distribution of the exposure levels found in the workplace is largely unknown.The objective of this thesis is to examine the extent to which exposure data collected by OSHA can be used for estimating occupational exposure in North America. Analyses focused on 511 047 and 588 818 exposure measurements in IMIS and CEHD respectively, for the period 1979-2011. First, generalized additive models were used to explore associations between exposure levels in IMIS and ancillary variables reflecting characteristics of establishments and inspections for 77 chemical agents (90% of IMIS content). Second, modified Poisson regression was used to identify determinants of recording or not of CEHD samples in IMIS by linking both databanks for 78 agents. Finally, Classification And Regression Tree (CART) models were applied to predict which non-detected (ND) results stored in IMIS are 8-hour time-weighted average (TWA) or short-term samples, based on common variables available in IMIS and CEHD databanks. In the first analysis, statistical modelling showed that measurements collected under federal OSHA plans were more likely to have a sample result exceed the TLV compared to measurements collected under state OSHA plans (odds ratio (OR) of 1,22 across agents). An increase in the total amount of penalty assessed to a company was associated with higher odds of having a sample result exceed the TLV (OR of 1,54 across agents for « high » vs. « none »). Follow-up inspections were more likely to have a sample result exceed the TLV compared to planned inspections (OR of 1,61 across agents). In the second analysis, linkage between CEHD and IMIS showed a 38% overall proportion of CEHD samples recorded into IMIS. Non-detects (especially ND records corresponding to analytical panels – e.g. panel of metals) were less likely to be recorded in IMIS (relative risk ~0,6). Finally, CART models predicted more accurately which IMIS ND results were TWA or short-term samples compared to simple methods of assignment (e.g. assignment of the most frequent category from detected values) for the most relevant agents (i.e. with high proportions of ND, short-term, and TWA results). Our findings showed the presence of several selection mechanisms in the process leading up to the recording of a sample in IMIS, which suggest systematic differences exist between OSHA measurements and actual occupational exposures in the general U.S. working population. These biases can be partially controlled by using ancillary information on exposure measurements together with predictive methods, thus helping to draw more accurate portraits of exposure levels from OSHA data.