Brevet FR2661544A1 — publié le 19911031

s 2661544 PROCEDE ET DISPOSITIF DE DECONTAMINATION PAR DECAPAGE IONIQUE DESCRIPTION La présente invention concerne un procédé et un dispositif de décontamination. Elle s'applique notamment à la décontamination d'objets qui ont été pollués par des matériaux radioactifs. On connaît déjà des techniques permettant de décontaminer de tels objets. Ces techniques connues consistent à effectuer des frottis mécaniques ou électrolytiques des objets. Ces techniques connues présentent les inconvénients suivants: elles nécessitent l'utilisation d'effluents, elles sont spécifiques des produits contaminants, elles dépendent de la nature des surfaces qui portent ces produits contaminants. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents. A cet effet, l'invention utilise une technique de pulvérisation cathodique pour décontaminer un objet pollué. De façon précise, la présente invention concerne tout d'abord un procédé de décontamination d'un objet qui est, au moins superficiellement, électriquement conducteur et dont la surface est polluée par un matériau contaminant, procédé caractérisé en ce qu'on décape par pulvérisation cathodique la surface prise pour cible, en recueillant le matériau contaminant ainsi enlevé, sur un substrat électriquement conducteur qui est porté à un potentiel élevé, continu et positif par rapport à La cible. La présente invention présente les avantages suivants: elle utilise une pulvérisation cathodique, qui est un phénomène physique à action strictement mécanique au niveau atomique et qui peut donc s'appliquer à tout type de dépôt contaminant ou de surface portant ce dépôt, dans la présente invention, le transfert de matière contaminante se fait sous pression partielle de gaz, atome par atome, en ligne droite, et il y a donc une absence totale d'effluent. Selon un mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet de L'invention, on effectue en outre un déplacement relatif du substrat par rapport à L'objet afin de décaper successivement une p Lura Lité de parties de La surface contaminée. L'utilisation de La pulvérisation cathodique est également avantageuse du fait qu'i L est possible de déposer, après décapage de La surface et par dessus Le matériau contaminant résiduel, une couche mince d'un matériau, par exemple de type chrome/carbone, permettant d'assurer un confinement de ce matériau contaminant résiduel et donc une protection biologique. Plus précisément, on peut compléter Le décapage réalisé en recouvrant La surface décapée d'une couche protectrice permettant Le confinement du matériau résiduel, ce recouvrement étant réalisé par pulvérisation cathodique à partir d'une cible électriquement conductrice, qui est faite de la matière constitutive de la couche protectrice et qui est portée à un potentiel élevé, continu et négatif par rapport à La surface de L'objet. La présente invention concerne également un dispositif de décontamination d'un objet qui est, au moins superficiellement, électriquement conducteur et dont la surface est polluée par un matériau contaminant, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de pulvérisation cathodique prévus pour décaper la surface prise pour cible, ces moyens de pulvérisation cathodique comportant: un substrat électriquement conducteur, destiné à recueillir le matériau contaminant enlevé par pulvérisation cathodique, et des moyens de polarisation prévus pour porter le substrat à un potentiel élevé, continu et positif par rapport à la cible. Les moyens de pulvérisation cathodique peuvent comprendre en outre: une enceinte dans laquelle se trouve le substrat et qui est destinée à être posée sur la surface à décontaminer, des moyens de pompage prévus pour mettre l'enceinte en dépression, et des moyens d'alimentation de l'enceinte en un gaz générateur de plasma. Selon un mode de réalisation préféré du dispositif objet de l'invention, l'enceinte est faite d'un matériau électriquement conducteur et portée au potentiel de la surface à décontaminer, et les moyens de pulvérisation cathodique comprennent en outre un couvercle électriquement isolant qui recouvre le substrat et sépare celui-ci de la paroi interne de l'enceinte. On réduit ainsi le champ électrique entre l'enceinte et le substrat électriquement conducteur. De préférence, le substrat comprend: une électrode qui est destinée à être portée au potentiel élevé positif par rapport à la cible, et un film mince électriquement conducteur qui enveloppe l'électrode. On voit donc que l'invention permet de capter et de fixer le matériau contaminant que l'on a enlevé, sur un film mince qui forme un écran protecteur de forme simple et de surface réduite, ce qui facilite le conditionnement ultérieur de ce matériau contaminant que l'on a enlevé, alors que les techniques connues mentionnées plus haut ne permettent pas de fixer le matériau contaminant enlevé par ces techniques. L'enceinte peut être pourvue de moyens d'étanchéité souples qui sont prévus pour relier l'enceinte à la surface à décontaminer et qui sont capables de s'adapter aux irrégularités que la surface à décontaminer est susceptible de comporter. On peut ainsi traiter des surfaces qui ne sont pas totalement planes, par exemple des pièces mécaniques qui comportent des cordons de soudure, et même des surfaces non planes, telles que des pièces prof i lées. Le dispositif objet de la présente invention peut comprendre en outre des moyens aptes à créer un champ magnétique qui est perpendiculaire au champ électrique engendré dans l'espace compris entre le substrat et la surface à décontaminer lors de la pulvérisation cathodique et qui fait augmenter la densité d'ions dans cet espace et donc la vitesse de pulvérisation. Enfin, le dispositif objet de la présente invention peut comprendre en outre des moyens de déplacement relatif du substrat par rapport à l'objet afin de décaper successivement une pluralité de parties de la surface contaminée. La présente invention sera mieux comprise à La Lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après à titre purement indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, les figures 2 et 3 illustrent schématiquement d'autres modes de réalisation particuliers du dispositif objet de l'invention, et la figure 4 illustre schématiquement le recouvrement d'une surface décontaminée conformément à la présente invention, par une couche mince de protection biologique. Le dispositif conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 1, est destiné à décontaminer une pièce métallique 2 dont la surface 4 est plane et a été contaminée par un matériau polluant , par exemple un matériau radioactif. Ce dispositif permet la pulvérisation cathodique de la surface 4 qui, dans l'exemple représenté, est mise à la terre. Bien entendu, on pourrait également utiliser ce dispositif pour décontaminer un objet électriquement isolant superficiellement recouvert par une couche électriquement conductrice qui aurait été polluée et c'est cette couche conductrice que l'on mettrait à la terre. Le dispositif schématiquement représenté sur la figure 1 comprend une enceinte ou cloche 6 qui peut être faite d'un matériau électriquement isolant comme par exemple le verre ou, au contraire, d'un matériau électriquement conducteur comme par exemple l'acier ou l'aluminium. no Ae L1 1 | z Q 4 U = 1Ill U 1U CI b,1wlitr9 Il tacUV b L V Cil lbil = également mise à La terre (cas de La figure 1). Le dispositif comprend aussi des moyens de pompage 8 qui sont prévus pour faire le vide dans l'enceinte 6. Ce vide peut être primaire ou secondaire suivant Le but précis recherché (vitesse de pulvérisation, produits à décaper lourds ou légers, tension de vapeur de ces produits). Dans le cas o l'on souhaite réaliser un vide primaire, les moyens de pompage peuvent comprendre une pompe à palettes Dans certaines configurations, la pompe à palette peut être complétée par une pompe turbomo Léculaire par exemple. Le dispositif comprend également des moyens 10 prévus pour introduire dans l'enceinte 6 un gaz générateur de plasma, par exemple de l'argon, sous faible pression, de l'ordre de l Pa par exemple. Le dispositif comprend aussi une électrode 12 qui est par exemple en forme de disque et faite en acier inoxydable. Le dispositif comprend en outre des moyens 14 prévus pour porter l'électrode 12 à une haute tension continue positive. L'électrode 12 est disposée dans l'enceinte 6, parallèlement à la surface 4 de la pièce 2 et au voisinage de cette surface 4, par exemple à une distance de l'ordre de 3 cm de cette surface 4. L'enceinte 6 repose contre la surface 4 par l'intermédiaire de moyens d'étanchéité 16 tels qu'un joint torique par exemple, qui permettent de maintenir Le vide dans l'enceinte 6. Le dispositif comprend également un couvercle 18 fait d'un matériau électriquement isolant, par exemple une résine thermoplastique, qui recouvre l'électrode 12 et qui entoure la périphérie de cette électrode 12, permettant ainsi d'isoler électriquement cette électrode 12 de l'enceinte 6 qui est électriquement conductrice dans l'exemple représenté sur la figure 1. L'électrode et le couvercle sont coaxiaux, ce couvercle étant guidé par la paroi interne de l'enceinte 6. On voit sur la figure 1 qu'il existe un intervalle suffisant entre cette paroi interne et le couvercle 18 pour que le vide puisse être établi dans l'espace compris entre l'électrode 12 et la surface 4 et que l'argon puisse également arriver dans cet espace. Pour fixer l'électrode 12 au couvercle 18, on peut utiliser une vis métallique 20 qui traverse le couvercle 18 et qui est vissée dans l'électrode 12, la tête de la vis 20 reposant sur la face supérieure de ce couvercle. Les moyens 14 sont électriquement reliés à cette électrode 12 par l'intermédiaire d'un conducteur électrique 22 qui traverse le haut de l'enceinte 6 par un passage 24 étanche, ce passage étant également électriquement isolant lorsque l'enceinte est électriquement conductrice. Le conducteur 14 est immobilisé dans ce passage étanche et supporte ainsi l'électrode 12 et le couvercle 18. L'électrode 12 est enveloppée par un film mince électriquement conducteur 26, par exemple constitué d'une feuille d'aluminium, qui est destiné à collecter et à fixer le matériau polluant qui est arraché de la surface 4 par pulvérisation cathodique. L'utilisation du dispositif schématiquement représenté sur la figure 1 va maintenant être expliquée. L'électrode 12 et le film mince 26, qui jouent ici le rôle de substrat, sont portés à un potentiel élevé positif par rapport à la partie de la surface 4 qui est recouverte par l'enceinte 6 et qui joue ici le rôle de cible. Cette cible se trouve ainsi portée à un potentiel élevé négatif par rapport au substrat. Alors, il se crée un champ électrique entre ce substrat et la cible. Par introduction du gaz générateur de plasma, on crée un plasma entre le substrat et la cible et aussi entre le substrat et l'enceinte 6 qui dans l'exemple représenté est portée au même potentiel que la surface 4. On notera que le couvercle 18 permet de réduire le champ électrique entre le substrat et l'enceinte 6 et donc de limiter essentiellement ce plasma à l'espace compris entre le substrat et la cible. Cette cible est bombardée par des ions positifs issus du plasma. En heurtant la cible, ces ions transfèrent leur énergie aux atomes superficiels de cette cible, qui sont alors éjectés et se déposent sur la couche mince 26. Pour décontaminer successivement différentes parties de la surface 4, on peut déplacer le dispositif représenté sur la figure 1 en le plaçant successivement au-dessus de ces parties de la surface 4. Ceci est intéressant dans le cas o la pièce 2 est de grande taille et non transportable. Pour le déplacement du dispositif, on peut utiliser un bras de téléopération classique 28 qui supporte l'enceinte 6. En variante, lorsque la pièce 2 est mobile, Le dispositif est maintenu fixe et l'on fait défiler la pièce 2 devant ce dispositif afin de décontaminer successivement les différentes parties de la surface 4. Lorsque L'une des parties de la surface 4 a été décontaminée, on casse le vide dans L'enceinte 6, on déplace Le dispositif par rapport à La pièce à décontaminer ou cette pièce par rapport au dispositif, de façon à placer ce dispositif au-dessus de la partie suivante et l'on refait le vide dans L'enceinte 6. Dans le cas o Les pièces à décontaminer sont de petite taille, on peut utiliser un autre dispositif conforme à L'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 2. Dans cet autre dispositif conforme à l'invention, on utilise, en tant qu'enceinte 6, une enceinte à vide qui repose sur une surface plane 30. La ou Les pièces à décontaminer sont posées sur La surface 30 dans l'enceinte 6 et mises à La terre. Dans Le cas de la figure 2, comme dans le cas de la figure 1, on voit que la surface de l'électrode 12 est du même ordre de grandeur que la surface délimitée intérieurement par l'enceinte 6. Pour augmenter la probabilité d'ionisation des atomes gazeux et donc augmenter la vitesse d'arrachement de matière à la surface de la cible, on peut utiliser, comme on le voit sur la figure 1, des moyens 34 qui sont placés derrières la cible (en considérant que l'enceinte 6 se trouve devant cette cible) et qui sont prévus pour créer un champ magnétique perpendiculaire au champ électrique engendré dans L'espace compris entre La cible et le substrat. En tant que moyens 34, on peut par exemple utiliser un barreau aimanté convenablement orienté. Ceci suppose bien entendu que le matériau constitutif de la pièce 2 ne forme pas un écran magnétique. Dans le cas o l'on déplace Le dispositif, il convient de déplacer également Les moyens 34 de façon qu'ils se trouvent toujours au-dessous de l'enceinte 6. Ceci est par exemple réalisab Le à l'aide de moyens d'asservissement non représentés qui permettent de conserver la position re Lative des moyens 34 et de l'enceinte 6 lorsque cette dernière est dép Lacée par Le bras de téLéopération 28 en agissant sur les moyens 35 de déplacement des moyens 34. IL convient que la cible ne soit ni trop Loin du substrat pour éviter des projections de matériau contaminant sur la paroi interne de l'enceinte 6, ni trop près du substrat pour éviter la formation d'étincelles de claquage et une distance de l'ordre de 3 cm entre La cib Le et Le substrat est convenable. Si L'on dispose de moyens de pompage suffisamment puissants, on peut se contenter de moyen-s 16 faiblement étanches et maintenir simplement un vide dynamique avec un taux de fuite sensiblement constant, ce qui permet de déplacer le dispositif par rapport à la surface 4 sans arrêter Le processus de décontamination. Avec des moyens de pompage 8 suffisamment puissants, on peut aussi décontaminer, avec le dispositif schématiquement représenté sur La figure 1, une pièce 2 comportant des cordons de soudure, en se contentant de maintenir un vide dynamique Lorsque les moyens d'étanchéité 16 se trouvent au-dessus d'un cordon de soudure. Le dispositif schématiquement représenté sur la figure 1 est également utilisable avec des pièces dont La surface 4 à décontaminer n'est pas p Lane mais par exemple courbe ou "accidentée" (cas de pièces profilées). Comme on le voit sur la figure 3, on utilise alors, en tant que moyens d'étanchéité 16, une jupe souple 36 qui borde la partie inférieure de l'enceinte 6 et qui relie ainsi cette enceinte 6 à la surface 4 à décontaminer, cette jupe permettant le maintien d'un vide dynamique (avec des moyens de pompage suffisamment puissants). Si nécessaire, dans le cas d'un pièce à surface non plane, on peut utiliser une électrode dont la forme est adaptée à cette surface pour lui être sensiblement parallèle. Par exemple dans le cas d'une surface courbe, on peut utiliser une électrode de même courbure que cette surface. A titre purement indicatif et nullement limitatif, on peut porter le substrat à une tension continue de l'ordre de 2000 V par rapport à la cible, en alimentant ce substrat par un courant de l'ordre de 60 m A, et établir dans l'enceinte une pression d'argon de l'ordre de 5 Pa; on obtient alors, sans aide magnétique, une vitesse de décontamination de l'ordre de 6 nanomètres par seconde et un taux de décontamination de l'ordre de 1/1000. Dans une variante de réalisation non représentée, la surface 4 (figures 1 et 3) ou la pièce 32 (figure 2) ainsi que l'enceinte 6, lorsqu'elle est électriquement conductrice, sont portées à une haute tension continue négative et L'électrode 12 ainsi que le film 26 sont mis à la terre. Après avoir décontaminé La surface 4, on peut, si nécessaire, recouvrir cette surface d'une couche de protection biologique 38 qui recouvre ainsi le matériau contaminant susceptible de se trouver encore sur La surface 4 (figure 4). Pour ce faire, on utilise encore le même dispositif, mais dans ce cas, l'éLectrode 12 n'est plus portée à une haute tension positive mais, au contraire, à une haute tension continue négative à l'aide de moyens appropriés 40 qui sont encore reliés à l'électrode 12 par l'intermédiaire du conducteur électrique 22. Dans ce cas, la surface 4 ainsi que l'enceinte 6, lorsque cette dernière est électriquement conductrice, sont encore mises à la terre. De plus, l'électrode 12 qui joue alors le rôle de cible au cours de la pulvérisation cathodique, est faite du matériau constitutif de la couche 38 que l'on veut former, par exemple un alliage en chrome/carbone. Ce matériau est alors arraché à l'électrode 12 et projeté sur la partie de la surface 4 qui est délimitée par l'enceinte 6, cette partie jouant alors le rôle de substrat. Si nécessaire, on peut encore déplacer le dispositif par rapport à la pièce (ou la pièce par rapport au dispositif) pour recouvrir successivement différentes parties de la surface 4 d'une couche protectrice. Pour obtenir un recouvrement convenable de cette surface par la couche protectrice, il est préférable que l'électrode 12 jouant le rôle de cible soit maintenue à une distance de l'ordre de 2 à 3 cm de la surface 4 qui joue le rôle de substrat Dans le cas o l'on utilise des moyens magnétiques du genre des moyens 34, la distance est de l'ordre de 8 à 10 cm. REVENDICATIONS 1 Procédé de décontamination d'un objet ( 2) qui est, au moins superficiellement, électriquement conducteur et dont la surface ( 4) est polluée par un matériau contaminant, procédé caractérisé en ce qu'on décape par pulvérisation cathodique la surface prise pour cible, en recueillant Le matériau contaminant ainsi enlevé, sur un substrat électriquement conducteur ( 12, 26) qui est porté à un potentiel élevé, continu et positif par rapport à la cible. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue en outre un déplacement relatif du substrat ( 12, 26) par rapport à l'objet ( 2) afin de décaper successivement une pluralité de parties de la surface contaminée. 3 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on recouvre la surface décapée ( 4) d'une couche protectrice ( 38) permettant le confinement du matériau résiduel, ce recouvrement étant réalisé par pulvérisation cathodique à partir d'une cible électriquement conductrice, qui est faite de la matière constitutive de la couche protectrice et qui est portée à un potentiel élevé, continu et négatif par rapport à la surface de l'objet. 4 Dispositif de décontamination d'un objet ( 2) qui est, au moins superficiellement, électriquement conducteur et dont la surface ( 4) est polluée par un matériau contaminant, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de pulvérisation cathodique prévus pour décaper la surface prise pour cible, ces moyens de pulvérisation cathodique comportant: un substrat électriquement conducteur ( 12, 26), destiné à recueillir le matériau contaminant enlevé par pulvérisation cathodique, et des moyens de polarisation ( 14) prévus pour porter le substrat à un potentiel élevé, continu et positif par rapport à la cible. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de pulvérisation cathodique comprennent en outre: une enceinte ( 6) dans laquelle se trouve le substrat ( 12, 26) et qui est destinée à être posée sur la surface à décontaminer, des moyens de pompage ( 8) prévus pour mettre l'enceinte en dépression, et des moyens ( 10) d'alimentation de l'enceinte ( 6) en un gaz générateur de plasma. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'enceinte ( 6) est faite d'un matériau électriquement conducteur et portée au potentiel de la surface ( 4) à décontaminer, et en ce que les moyens de pulvérisation cathodique comprennent en outre un couvercle électriquement isolant ( 18) qui recouvre le substrat et sépare celui-ci de la paroi interne de l'enceinte. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le substrat comprend: une électrode ( 12) qui est destinée à être portée au potentiel élevé positif par rapport à la cible, et un film mince électriquement conducteur ( 26) qui enveloppe l'électrode ( 12). 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que l'enceinte ( 6) est pourvue de moyens d'étanchéité souples ( 36) qui sont prévus pour relier l'enceinte à la surface à décontaminer ( 4) et qui sont capables de s'adapter aux irrégularités que cette surface à décontaminer est susceptible de comporter. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens ( 34) aptes à créer un champ magnétique qui est perpendiculaire au champ électrique engendré dans l'espace compris entre le substrat ( 12, 26) et la surface à décontaminer ( 4) lors de la pulvérisation cathodique et qui fait augmenter la densité d'ions dans cet espace. 10 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens ( 28) de déplacement relatif du substrat ( 12, 26) par rapport à l'objet ( 2) afin de décaper successivement une pluralité de parties de la surface contaminée.