Section 2 Analyse des problèmes courants dans la conception et la construction des laboratoires médicaux

I. Points à prendre en compte dans l’ingénierie des salles blanches

1. Problèmes susceptibles de survenir dans l’ingénierie des salles blanches

(1) Les bactéries et les poussières en suspension retenues par la membrane filtrante ne peuvent pas être tuées ; dans des conditions de température et d’humidité adaptées, elles se multiplient facilement spontanément, provoquant des phénomènes tels que contamination et développement de moisissures ; une utilisation continue entraîne très facilement une contamination secondaire.

(2) En raison de la pollution atmosphérique importante, la membrane filtrante se bouche très facilement et doit être remplacée fréquemment, ce qui génère des coûts d’exploitation élevés et contraignants.

(3) Bien que le recours à des membranes filtrantes à haute efficacité résolve le problème de propreté, il ne permet pas de traiter les odeurs des gaz toxiques et nocifs à l’intérieur de la salle blanche, ni la contamination chimique générée par le système de purification lui-même.

2. Solutions

Une armoire de purification et de stérilisation électrostatique est utilisée pour tuer les bactéries, désinfecter et éliminer les poussières en suspension. Le champ électrique de l’armoire de purification et de stérilisation électrostatique est un champ électrostatique à deux zones, de type aiguille à trou rond et de type tige en nid d’abeille ; les deux zones correspondent à la zone de polarisation et à la zone de collecte des poussières. Lorsque l’air acheminé par le conduit de ventilation traverse le champ électrostatique à deux zones, les contaminants tels que les bactéries et les poussières en suspension dans l’air sont d’abord polarisés par le champ électrostatique. Comme le kyste bactérien porte lui-même une charge négative, il se recharge en charges négatives à haute énergie lors de son passage dans la zone de polarisation électrostatique. Lorsque les contaminants chargés négativement, tels que les bactéries et les virus, pénètrent dans la zone de collecte des poussières à champ positif par le système, ils sont immédiatement fortement attirés et collectés par les plaques de collecte positives de cette zone. Sous l’action de l’électrode positive, les kystes sont instantanément brisés et tués, ce qui permet d’atteindre l’objectif de stérilisation et de désinfection. Parallèlement, le champ électrostatique exerce un fort effet d’attraction, de collecte et d’agglomération sur les poussières en suspension dans l’air, ce qui protège efficacement la membrane filtrante à haute efficacité et prolonge sa durée de vie. L’armoire peut être démontée facilement, et après nettoyage, elle peut être réutilisée, ce qui réduit les coûts d’exploitation du système.

La maille de titane-carbone et la technologie du photocatalyseur sont appliquées pour éliminer les gaz nocifs et les odeurs. Un photocatalyseur est un matériau actif de dioxyde de titane à l’échelle nanométrique ; il est appliqué sur la surface d’un substrat et forme un film mince après séchage. Sous l’action de la lumière, il produit une forte fonction de dégradation catalytique : il peut dégrader efficacement les gaz toxiques et nocifs dans l’air, tuer efficacement de nombreux types de bactéries avec un taux antibactérien atteignant 99,99 %, et décomposer pour les rendre inoffensives les toxines libérées par les bactéries ou les champignons ; il possède également des fonctions telles que la désodorisation et l’antisalissure.

II. Points à prendre en compte dans la conception et la construction de l’ingénierie des salles blanches

Ces dernières années, la Chine a construit plusieurs laboratoires de biosécurité de niveau BSL-3, dont certains sont réussis, mais il en existe effectivement certains qui présentent des défauts. Cela s’explique principalement par le fait que leurs constructeurs ne maîtrisent pas parfaitement les points techniques clés des laboratoires de biosécurité. Par conséquent, bien qu’ils aient utilisé de nombreux matériaux de construction de haute qualité et coûteux, les laboratoires ne satisfont toujours pas aux exigences. Les plans de conception fournis par certaines entreprises sont en réalité des laboratoires à pression négative ordinaires et ne peuvent absolument pas répondre aux exigences des laboratoires de biosécurité.

1. Système de climatisation et de ventilation

L’organisation du flux d’air à l’intérieur d’un laboratoire de biosécurité doit être rationnelle et éviter un trop grand nombre d’angles morts. Les laboratoires de biosécurité exigent que le flux d’air circule obligatoirement de la zone propre vers la zone contaminée. Les positions des bouches de soufflage et d’évacuation d’air intérieures doivent minimiser l’espace où le flux d’air stagne, et les bouches d’évacuation d’air intérieures doivent être placées dans la zone la plus dangereuse, disposées d’un côté sans obstruction.

Les positions d’installation des filtres dans le système d’évacuation d’air doivent être rationnelles et faciliter les tests d’étanchéité et le remplacement. Les filtres à haute efficacité ne doivent pas être installés à l’extrémité à pression positive du ventilateur d’extraction, car cela ne protège pas le ventilateur et ne répond pas non plus à l’exigence selon laquelle la section d’évacuation d’air contaminé doit être en pression négative.

Les climatiseurs split ou les climatiseurs au sol ne doivent pas être installés à l’intérieur, car l’échangeur de chaleur d’un climatiseur est en réalité un dispositif de prolifération microbienne qui contaminerait gravement l’environnement du laboratoire.

Certaines unités de construction, au lieu d’installer des climatiseurs split ou au sol à l’intérieur du laboratoire, les placent dans des pièces adjacentes et utilisent des conduits pour souffler de l’air. Cependant, comme les laboratoires de biosécurité de haut niveau doivent utiliser des ventilateurs à flux d’air à passage unique, tandis que l’échangeur de chaleur d’un climatiseur ordinaire est conçu pour l’air recirculé intérieur et ne peut pas atteindre le grand écart d’enthalpie requis pour le flux d’air à passage unique — et qu’en outre, pour réduire les coûts, la capacité de l’équipement ne dispose d’aucune marge — la température intérieure requise ne peut tout simplement pas être atteinte. La réalisation d’expériences dans un laboratoire de biosécurité de haut niveau impose de porter des vêtements de protection spéciaux, parfois en plusieurs couches ; si la température ne répond pas aux exigences, les expérimentateurs se sentiront mal à l’aise.

Le système d’évacuation d’air doit être équipé de filtres à haute efficacité et ne peut pas reposer uniquement sur un rejet en altitude. Certaines unités de conception ou de construction ont une compréhension insuffisante du rejet à grande vitesse, estimant que le rejet à grande vitesse signifie que la vitesse de l’air dans le conduit d’évacuation doit dépasser 13 m/s. Il en résulte une résistance à l’évacuation importante et un débit d’évacuation requis impossible à atteindre, ce qui rend très difficile le maintien de la pression négative requise à l’intérieur ; ou la pression du ventilateur d’extraction est trop élevée, ce qui augmente simultanément le bruit et la consommation électrique.

2. Problèmes de secours des équipements

Les laboratoires de biosécurité BSL-3 et BSL-4 doivent être dotés d’une alimentation électrique de secours. Par exemple, les laboratoires de biosécurité BSL-3 nécessitent deux voies d’alimentation électrique indépendantes ou un groupe électrogène de secours, tandis que les laboratoires de biosécurité BSL-4 requièrent une troisième source d’alimentation de secours. Lorsque les conditions ne sont pas réunies, un onduleur (UPS) doit être ajouté, dont la capacité d’alimentation électrique doit être d’au moins 45 min.

Les laboratoires de biosécurité BSL-3 et BSL-4 doivent être équipés de ventilateurs d’extraction ; cela permet de garantir que la pression négative est maintenue à l’intérieur du laboratoire en toutes circonstances. Lorsqu’un ventilateur d’extraction tombe en panne, le ventilateur d’extraction de secours doit pouvoir se mettre en marche automatiquement.

3. Fonctions de régulation et de contrôle du système

Afin de garantir strictement les différences de pression et les gradients de pression entre les différentes zones fonctionnelles du laboratoire, des dispositifs de régulation du débit d’air et des vannes à débit d’air constant nécessaires doivent être installés sur les systèmes de soufflage et d’évacuation d’air, plutôt que d’utiliser des vannes de régulation ordinaires comme substituts.

4. Accorder de l’importance aux essais techniques

Après l’achèvement d’un laboratoire de biosécurité, il doit d’abord être testé par un organisme d’essais agréé au niveau national ; c’est une étape très importante. Le contenu des essais doit inclure de nombreux aspects tels que l’étanchéité du laboratoire, les valeurs de pression négative entre les pièces, la direction du flux d’air, les tests d’étanchéité des filtres à haute efficacité, la classification de la propreté et le système de contrôle automatique.

5. Autres points d’attention

Il est strictement interdit de construire un laboratoire de biosécurité en tant que laboratoire à pression positive ; des clapets coupe-feu doivent être installés conformément aux spécifications ; il est strictement interdit de remplacer une enceinte de biosécurité par un poste de travail à flux laminaire ; et il est strictement interdit de remplacer l’extraction d’air d’une enceinte de sécurité par l’extraction d’air de la pièce. Un poste de travail à flux laminaire ordinaire et une enceinte de biosécurité ont des principes de fonctionnement et des utilisations totalement différents et ne peuvent absolument pas protéger le corps humain contre les infections microbiennes, ce qui est extrêmement dangereux.

III. Problèmes de traitement des « trois déchets »

Le travail quotidien des laboratoires génère et rejette fréquemment des substances gazeuses, liquides ou solides toxiques et nocives. Sans certaines mesures de protection et méthodes de traitement, celles-ci entraînent des conséquences néfastes pour les êtres humains et l’environnement. Les « trois déchets » des laboratoires se caractérisent par de faibles quantités, des types variés et une dispersion relative, et ne sont pas faciles à traiter. De nombreux laboratoires ne traitent pas correctement les « trois déchets », et certains ne les traitent pas du tout.

  1. Eaux usées de laboratoire : la composition des eaux usées de laboratoire est complexe et variable. Une méthode de traitement simple et réalisable consiste à construire un bassin d’eaux usées dans lequel les eaux usées acides et alcalines sont neutralisées ; le pH des eaux usées est ajusté pour être légèrement alcalin, un floculant est ajouté pour la sédimentation, et les eaux usées surnageantes peuvent être directement rejetées ou envoyées dans le réseau de canalisations d’égouts. Les sédiments sont traités puis éliminés en tant que déchets solides.

  2. Gaz d’échappement de laboratoire : les gaz d’échappement de laboratoire se répartissent principalement en deux grandes catégories : les brouillards acides et les gaz organiques. Les opérations générant les deux types de contamination doivent de préférence être réalisées dans des hottes aspirantes différentes. Les gaz de brouillard acide sont traités à l’aide d’une tour d’absorption à solution aqueuse alcaline ; la pompe de pulvérisation de la tour d’absorption est asservie à l’interrupteur de la hotte aspirante, et la solution aqueuse dans la tour d’absorption est équipée d’un matériel de surveillance du pH. Les gaz d’échappement organiques peuvent être traités à l’aide de dispositifs d’adsorption à haute efficacité.

IV. Insuffisances existantes dans la construction et la rénovation

  1. La planification de la surface du laboratoire n’est pas suffisamment rationnelle. Par exemple : l’analyse de routine et l’analyse instrumentale partagent la même pièce, le stockage des échantillons et le stockage des réactifs partagent la même pièce ou ne sont pas strictement séparés, et les zones de bureau et les zones expérimentales se chevauchent.

  2. La sélection des équipements de climatisation est irrationnelle ou l’installation est inadéquate ; dans certains cas, cela entraîne même des écoulements d’eau au-dessus des paillasses d’instruments du laboratoire.

  3. Les équipements de sortie d’air du système de climatisation sont mal disposés, les sorties d’air étant orientées vers les instruments et équipements, ce qui affecte leur fonctionnement normal.

  4. Les systèmes d’extraction d’air et d’évacuation des fumées sont mal conçus et inefficaces.

  5. Les lignes d’alimentation électrique ne séparent pas le courant fort, le courant faible et l’alimentation des instruments.

  6. Les fils de terre des instruments de précision ne répondent pas aux exigences.

  7. La prise en compte des besoins humains est insuffisante. Aucun lieu de rangement n’est prévu pour les effets personnels des membres du personnel, tels que les lits de sieste et les bols à repas.

  8. La conception globale manque de vision prospective, ne prenant pas en compte conjointement le réseau, le téléphone, la surveillance, la protection incendie et le contrôle d’accès.

  9. L’investissement dans les installations de protection de l’environnement est insuffisant ; dans certains cas, elles ne sont même pas incluses dans la conception.

  10. Comme la conception n’est pas suffisamment approfondie, trop d’éléments sont ajoutés ou remplacés pendant la construction, ce qui entraîne un dépassement trop important du budget.

V. Sécurité électrique

Des accidents d’électrocution et des accidents d’incendie se produisent de temps en temps dans les laboratoires, et les pertes résultant de chaque accident sont toujours extrêmement lourdes et les dommages énormes. Comment éviter la survenue d’accidents d’électrocution et d’accidents d’incendie est le problème primordial qui doit être pris en compte lors de la construction d’un laboratoire.

  1. La gestion de l’installation et de l’utilisation des équipements électriques à l’intérieur du laboratoire doit respecter les règlements de gestion de l’utilisation sûre de l’électricité. Les équipements de laboratoire à haute puissance doivent être alimentés par des lignes électriques dédiées ; il est strictement interdit de les partager avec les lignes d’éclairage, afin de prévenir les incendies causés par une surcharge électrique.

  2. Il faut avoir une connaissance précise des emplacements et des dispositifs du laboratoire susceptibles de générer de l’électricité statique ; ceux-ci doivent porter des marquages et des avertissements clairs, et des mesures préventives adaptées doivent être mises en place contre les risques qu’ils peuvent engendrer.

  3. Un système triphasé à cinq fils est utilisé pour empêcher les instruments d’être sous tension et prévenir les accidents d’électrocution. Conformément aux normes de construction applicables, ce système comporte trois fils de phase, un fil de terre et un fil neutre. Même lorsque la charge triphasée est extrêmement déséquilibrée et que le fil neutre se retrouve sous tension, la tension du fil de terre mis à la terre indépendamment reste toujours nulle, ce qui permet d’éviter que les instruments ne soient sous tension et de prévenir les accidents d’électrocution.

  4. Pour éliminer les risques d’incendie, il est nécessaire de renforcer le sens des responsabilités du personnel du laboratoire, mais il est encore plus fiable de s’assurer que l’alimentation électrique est coupée dans le laboratoire lorsque celui-ci est inoccupé. Chaque laboratoire (y compris les salles de préparation et les bureaux associés) dispose d’un interrupteur général, permettant aux expérimentateurs de couper l’alimentation électrique principale du laboratoire à proximité lorsqu’ils le quittent ; les réfrigérateurs, incubateurs et autres équipements similaires qui ne peuvent pas être mis hors tension sont équipés de disjoncteurs de circuit séparés. Cela permet de prévenir efficacement les incendies causés par une négligence.

VI. Sécurité et contrôle de l’utilisation de l’eau

Les inondations et autres accidents causés par des fuites d’eau dans les laboratoires se produisent régulièrement, et leurs risques et pertes sont souvent également très graves. Les causes principales sont la détérioration d’un composant du système d’alimentation en eau ou l’oubli de fermer un robinet après une coupure d’eau occasionnelle, en particulier la nuit ou pendant les jours fériés lorsque le laboratoire est inoccupé.

L’expérience de nombreux laboratoires montre qu’une méthode de contrôle efficace pour la sécurité de l’alimentation en eau de chaque laboratoire consiste à installer une vanne principale contrôlant l’alimentation en eau de l’ensemble du laboratoire. Chaque jour, avant de quitter le travail, la dernière personne à quitter le laboratoire ferme la vanne principale, ce qui permet de garantir qu’aucun accident de fuite d’eau ne se produira dans le laboratoire. Pour permettre de traiter une défaillance de la vanne principale, une vanne d’inspection est ajoutée en amont de celle-ci. Lors de la phase de conception de la construction, qu’un système de tuyauterie principale horizontale ou verticale soit adopté, chaque laboratoire ne peut être alimenté que par un seul tuyau d’eau principal, sur lequel deux vannes principales sont pré-raccordées en série, ce qui favorise le contrôle et la sécurité de l’utilisation de l’eau au sein du laboratoire.

VII. Autres problèmes

  1. Une fois le laboratoire achevé, celui-ci ne répond pas aux besoins réels du client. Par exemple : après l’achèvement du laboratoire, on constate que de nombreux problèmes ont été négligés lors de la conception, notamment l’impossibilité d’installer des instruments, l’absence de source d’eau ou d’alimentation électrique, ou des interfaces qui ne se trouvent pas à proximité ; le sol se raye facilement ; le flux de travail n’est pas fluide ; la ventilation est insuffisante ; l’espace est inadéquat ; il n’y a pas d’équipement d’isolation contre les vibrations ; l’enregistrement et le contrôle de la température et de l’humidité ne fonctionnent pas normalement ; et les matériaux de décoration ne respectent pas les exigences.

  2. Le règlement final du laboratoire dépasse largement le budget. Il s’agit actuellement du problème le plus fréquent dans l’aménagement de laboratoires. Par exemple, un projet attribué pour 4,8 millions de yuans peut nécessiter 6 millions de yuans au moment du règlement.

  3. La maintenance et la réparation du laboratoire ne peuvent pas être effectuées normalement. Lorsque le laboratoire achevé entre en exploitation à l’essai, de nombreux problèmes peuvent être constatés mais ne peuvent pas être corrigés en temps voulu ; les entreprises de construction affirment souvent qu’il s’agit d’un problème de conception, et les responsabilités sont mal définies. Par conséquent, il ne faut pas adopter de schéma de conception gratuit ; il faut faire appel à une entreprise disposant d’une expérience pertinente en conception pour réaliser une conception professionnelle, signer un contrat de conception et verser des frais de conception raisonnables, afin d’éviter des pertes plus importantes dues à une construction d’ingénierie irrationnelle ultérieure, causée par la convoitise d’une conception gratuite.

  4. Le laboratoire ne peut pas répondre aux besoins de développement ultérieur. Après construction conformément aux dessins de conception, le laboratoire obtenu ne peut pas faire l’objet d’un développement approfondi — par exemple, il n’y a pas d’espace pour de nouveaux instruments et équipements, et les interfaces informatiques ne sont pas installées, de sorte que les équipements ne peuvent pas satisfaire aux exigences de la construction numérique.

  5. Le laboratoire ne respecte pas les exigences en matière de protection contre l’incendie. Certains laboratoires sont construits sans subir d’examen de protection contre l’incendie.

  6. Le laboratoire présente des risques de dangers professionnels.