Brevet FR2714464A1 — publié le 19950630

PROCEDE DE CONTROLE DE LA CONTAMINATION SURFACIQUE D'UN SOLIDE ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE La présente invention concerne un procédé de contrôle de la contamination surfacique d'un solide et un dispositif pour sa mise en oeuvre. Les surfaces de solides sont constamment soumises aux effets de la pollution qui peut être de nature variée. I1 peut s'agir de poussières, de corps gras qui recouvrent les objets de salissures. I1 peut s'agir de micro-organismes qui se développent superficiellement. La pollution chimique et l'oxydation peuvent également causer l'apparition d'une couche superficielle recouvrant les objets. Dans les milieux soumis à la contamination nucléaire, les organes des machines et les parois des installations se recouvrent d'un film d'oxydes métalliques ou de sels (nitrates par exemple) radioactifs. Pour contrôler l'état de contamination surfacique des solides, on utilise classiquement une méthode visuelle ou une méthode de prélèvement. Une méthode visuelle peut consister en l'examen de la couleur et de l'aspect (mat ou brillant) d'un objet et en l'évaluation de leur degré d'altération. Les méthodes visuelles sont aléatoires et ne permettent pas de quantifier le taux de contamination des surfaces. Elles nécessitent en outre l'approche du solide à examiner. Les méthodes de prélèvement peuvent nécessiter le prélèvement d'échantillons par vecteur solide (par frottis), liquide (par lavage) ou gazeux (par réaction avec un gaz). Ces méthodes provoquent la dispersion de la contamination tant à la surface du solide étudié que dans l'espace environnant ou les installations et génèrent des déchets secondaires qui peuvent être aléatoires (dans le cas des solides) ou qui diluent le polluant rendant sa quantification très difficile voire impossible. On connaît d'autre part différents procédés de nettoyage de surfaces de solides contaminées. Parmi tous ces procédés, un procédé relativement récent utilise l'impact d'un faisceau laser sur une surface contaminée. On peut utiliser dans ce cas l'effet thermique engendré par le faisceau laser sur la surface à nettoyer ou effet de choc engendré par ce faisceau au contact de cette surface. Pour illustrer la méthode utilisant l'effet engendré par un faisceau laser, on peut citer le brevet FR-A-2 641 718 qui divulgue l'utilisation d'un faisceau laser pulsé en particulier pour restaurer des oeuvres d'art, les salissures étant alors volatilisées. Le document EP-A-91 646 divulgue l'utilisation du même effet pour décontaminer des surfaces d'organes nucléaires. Les déchets obtenus sont alors aspirés pour leur mise au rebut. Selon le document FR-A-2 678 418, une zone contaminée est nettoyée grâce à l'effet engendré par un faisceau laser véhiculé par une fibre optique, les déchets obtenus étant aspirés. D'autres documents divulguent l'utilisation de cet effet pour des opérations de nettoyage. Selon le brevet US-A-4 756 765, un faisceau laser de forte puissance permet l'enlèvement de polluants de faible conduction thermique (peintures, graisses). Le document FR-A-2 467 656 propose d'enlever la rouille de surfaces métalliques par transformation, au moyen d'un faisceau laser, de la rouille en magnétite qui est ensuite retirée mécaniquement ou chimiquement. Selon le document FR-A-2 300 632, on provoque un chauffage brusque et intense d'une surface au moyen d'un faisceau laser pour en détacher une pellicule superficielle d'oxydes par des moyens mécaniques, chimiques ou électrochimiques. La méthode utilisant l'effet de choc a fait l'objet de la demande de brevet EP-A-380 387 qui décrit un procédé de nettoyage de la surface de matériaux dans lequel une onde de choc générée par un faisceau laser permet le décollement des couches superficielles polluantes qui sont ensuite soufflées par un jet de fluide. La présente invention a été conçue pour permettre un contrôle de la contamination surfacique d'un solide, ne présentant pas les inconvénients de la méthode visuelle ou de la méthode de prélèvement telles que décrites plus haut. On utilisera à cet effet un faisceau laser pour détacher de la surface contaminée quelques particules qui seront transférées pour être analysées. L'invention a donc pour objet un procédé de contrôle de l'état de contamination par un polluant de la surface d'un solide, comprenant le prélèvement de particules de ce polluant sur une zone de la surface à contrôler pour les examiner, caractérisé en ce que - on dispose un dispositif de prélèvement sur la surface à contrôler et permettant d'accéder à ladite zone, ce dispositif comprenant des moyens de collecte desdites particules, - on soumet ladite zone à l'impact d'un faisceau laser de caractéristiques telles qu'il provoque l'extraction desdites particules, - on recueille au moins une partie des particules extraites grâce aux moyens de collecte, - on estime l'état de contamination de ladite surface par examen des particules recueillies. Les moyens de collecte peuvent comprendre une lame transparente audit faisceau, disposée sur son trajet et placée de façon à recevoir les particules extraites qui sont aspirées le long du faisceau laser par l'effet plasma généré par ce faisceau. L'état de contamination peut alors être estimé par mesure de l'atténuation de la transmission optique de la lame, par son examen au microscope ou par dissolution des particules recueillies et analyse physico-chimique de ces particules. Les moyens de collecte peuvent comprendre le passage d'un flux gazeux véhiculant au moins une partie des particules extraites. L'état de contamination peut alors être estimé par dissolution des particules véhiculées dans le flux gazeux et analyse physico-chimique de ces particules, ou par un granulomètre placé en ligne avec le flux gazeux. On peut également estimer l'état de contamination par arrêt des particules sur un filtre absolu et détection, soit par un examen microscopique du dépôt recueilli sur le filtre, soit par des mesures nucléaires si les particules contiennent des radioélements. L'invention a également pour objet un dispositif de prélèvement de particules d'un polluant recouvrant la surface d'un solide, comprenant des moyens de collecte de ces particules, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte présentant une ouverture destinée à recouvrir une zone de ladite surface, l'enceinte étant pourvue d'une lame transparente à un faisceau laser destiné à extraire, par son impact sur ladite zone, lesdites particules. Un tel dispositif a de plus l'avantage d'éviter la dispersion dans l'atmosphère ou le milieu ambiant de particules de polluant. L'enceinte peut être pourvue d'au moins un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie permettant la circulation d'un gaz pour le transfert des particules. Un orifice d'entrée du gaz peut être situé le plus près possible de la surface du solide. Ceci assure une meilleure efficacité au transport des particules. Un autre orifice d'entrée du gaz peut être situé le plus près possible de la lame. Ceci évite le cas échéant l'opacification de la lame. Le dispositif est néanmoins utilisable quel que soit l'état de surface du solide. En effet, l'enceinte a un petit diamètre, compatible avec le diamètre du faisceau laser ( L'invention a aussi pour objet une installation pour le contrôle de l'état de contamination par un polluant de la surface d'un solide, caractérisée en ce qu'elle comprend - un dispositif de prélèvement tel que défini ci-dessus, - un laser émettant un faisceau laser, - des moyens pour véhiculer ce faisceau laser jusqu'à la zone de la surface à contrôler, - des moyens permettant d'assurer la circulation du gaz de transfert des particules, - des moyens permettant l'examen des particules transférées par ledit gaz. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels - la figure 1 représente une première variante d'un dispositif de prélèvement de particules d'un polluant recouvrant la surface d'un solide, selon l'invention ; - la figure 2 représente une seconde variante d'un dispositif de prélèvement de particules d'un polluant recouvrant la surface d'un solide, selon l'invention - la figure 3 représente de manière schématique une installation pour le contrôle de l'état de contamination par un polluant de la surface d'un solide, selon l'invention. L'invention permet de détecter, de caractériser le cas échéant et de quantifier, s'il est nécessaire, des matériaux polluants tels que les radioéléments, les corps gras, des sels, des bactéries, des virus, etc... à la surface de corps solides. Sur la figure 1, on a représenté un substrat 1 dont la surface est recouverte d'une couche 2 résultant du dépôt d'un matériau polluant. Pour procéder au contrôle de l'état de contamination de cette surface, on recouvre une zone 3 de cette surface par une enceinte cylindrique 4. L'une des extrémités de l'enceinte cylindrique est placée en vi -à-vis de la zone 3. L'autre extrémité est fermée par une lame 5. L'extraction de particules de polluant est réalisée par l'impact d'un faisceau laser 6 traversant la lame 5 transparente pour la longueur d'onde du faisceau laser. L'extraction de particules peut se faire, comme il est bien connu, par effet thermique ou par effet de choc. Le laser est de préférence du type YAG et fonctionnant en régime pulsé. Suivant la nature physico-chimique du polluant, les particules 7 extraites de la couche de polluant 2 peuvent être aspirées le long du faisceau laser par l'effet plasma généré par celui-ci. Les particules remontent alors vers la source laser et se déposent sur la lame 5. Les particules peuvent ne pas être soumises à l'effet d'aspiration du faisceau laser. Pour les collecter, il est alors nécessaire de prévoir une circulation d'un flux gazeux entraînant les particules extraites de la couche 2. Ce flux gazeux peut être simplement causé par l'aspiration du gaz ambiant, en général l'air. Pour cela, l'enceinte 4 est maintenue en position de façon à laisser subsister un orifice d'entrée 10 du fluide ambiant près du substrat 1. En partie haute, le cylindre 4 communique avec un conduit d'aspiration 8 branché sur l'orifice de sortie 9. Cette disposition, c'est-à-dire l'orifice d'entrée près de la couche 2 et l'orifice de sortie plus éloigné, contribue à une bonne évacuation des particules extraites 7. La vitesse du flux de gaz doit être réglée en fonction de la nature du polluant pour permettre la meilleure évacuation possible des particules extraites. Ceci permet d'annuler les retombées du polluant extrait. Ces deux modes de collectes des particules extraites ne s'excluent pas mutuellement et le polluant peut se répartir sur la lame et dans le flux gazeux. I1 faudra en tenir compte dans le cas d'une pollution complexe où certains constituants vont préférentiellement vers la lame et d'autres sont préférentiellement entraînés par le flux gazeux. I1 faudra de même en tenir compte pour la quantification du polluant. L'enceinte 4 peut être métallique ou en plastique. Elle peut être disposée à quelques millimètres de la surface du substrat pour réaliser un orifice d'entrée de gaz de transport des particules. L'examen du dépôt obtenu sur la lame 5 et/ou des particules recueillies par aspiration permet de prendre connaissance de la nature du polluant et de le quantifier par des méthodes d'analyse et de quantification connues. La connaissance des caractéristiques du faisceau laser et du dispositif de prélèvement (dimensions, vitesse du flux de gaz, etc.) et la réalisation d'essais permet un étalonnage du matériel utilisé en fonction de la nature des polluants possibles. Le dépôt réalisé sur la lame peut être examiné et caractérisé au microscope. Ce dépôt peut être dissous dans un solvant approprié pour une analyse physico-chimique des particules. Dans le cas où l'extraction du polluant donne naissance à des particules pouvant entraîner une opacification de la lame mince par suite d'un dépôt important ou par impacts, le passage d'un flux gazeux pour véhiculer les particules extraites devient indispensable. On peut améliorer la protection de la lame 5 en créant une circulation de fluide ambiant entre celle-ci et le cylindre 4. La figure 2 représente une telle variante de réalisation. Les orifices 17 prévus dans le cylindre 4 juste sous la lame 5 permettent d'assurer cette circulation. La figure 3 représente une installation type pour le traitement des particules entraînées par un flux gazeux. Le laser 11 émet un faisceau lumineux qui est transporté vers le dispositif de prélèvement par exemple par un système à fibre optique 12, en tir direct ou par un jeu de miroirs. Le faisceau laser 6 peut être déplacé relativement par rapport à la surface à tester pour assurer un balayage de cette surface. Ce déplacement peut être assuré par une table à mouvements croisés, en particulier pour l'examen de surfaces planes, ou par un plateau tournant, en particulier pour les surfaces de révolution. Pour les surfaces complexes, un robot programmé peut assurer le déplacement de la fibre optique. Le conduit d'aspiration 8 est relié à un appareil 13. Cet appareil 13 peut être un appareil de prélèvement comprenant un filtre absolu, un barboteur, etc., selon l'art connu. I1 peut s'agir d'un appareil de détection en ligne avec ou sans filtre aval ou d'un appareil de mesure en ligne avec ou sans filtre aval. Un débitmètre 14 connecté à l'appareil 13 permet le contrôle de la vitesse du gaz de transport à l'entrée et dans le dispositif de prélèvement. Le débitmètre 14 est relié à un ventilateur 15 assurant le débit gazeux et rejetant le gaz vers une gaine de ventilation, une cheminée ou, le cas échéant, un circuit de recyclage avec éventuellement un dispositif de filtration. Si le ventilateur n'est pas à vitesse variable, une vanne 16 d'entrée de gaz auxiliaire (de l'air par exemple) permet d'ajuster les débits de gaz nécessaires. Le polluant entraîné par le flux gazeux peut être détecté par un détecteur de particules en ligne. Il peut être détecté par arrêt des particules sur un filtre absolu suivi soit par examen microscopique du dépôt sur celui-ci, soit par une ou plusieurs mesures nucléaires dans le cas où le polluant contient des radioélements. La caractérisation et la quantification du polluant peuvent être réalisées par dissolution du polluant déposé et analysé par des procédés physico-chimiques classiques. On peut aussi utiliser un appareil en ligne, par exemple un granulomètre. L'invention permet d'obtenir les avantages suivants - pas de dispersion du polluant sur la surface testée - pas de dispersion du polluant dans l'environnement - la quantité de déchets induits est très faible : dans le cas d'un prélèvement sur filtre, celui-ci ne fait qu'environ 100 cm2 et dans le cas d'une mesure en ligne, le flux gazeux ne représente que quelques m3/h de prélèvement ; - le circuit de prélèvement est compact et le volume pollué est donc plus faible et limité au dispositif de prélèvement et aux filtres éventuels - la sensibilité est très bonne, le laser permettant de prélever des couches de polluant de quelques pm et le dispositif mis en oeuvre en assurant la concentration ; - la sensibilité est donc donnée par la surface explorée et la sensibilité de l'appareil de détection disposé dans le circuit ; - le coefficient de transfert des particules après évaluation permet une quantification en ligne - la vitesse d'exploration d'une surface contaminée est importante et peut atteindre plusieurs m2/h - l'invention permet un prélèvement à distance ce qui est avantageux lorsque le polluant ou le solide à tester est dangereux pour un intervenant - l'invention permet l'exploration de corps quasiment fermés tels que des corps creux, des rainures, des fissures, et pouvant présenter de mauvais états de surface - elle permet la détection, la caractérisation, la quantification du polluant suivant le besoin - la vérification de la mise en suspension du polluant sous l'effet laser ayant été faite une fois pour toutes, la méthode est rigoureuse et la représentativité en est donc assurée - il n'y a pas d'altération de la surface du solide à tester. En optimisant les paramètres laser et ventilation dans chaque cas, on a obtenu, dans les expériences menées pour des polluants nucléaires, un taux de récupération des polluants surfacique de 50% sur du béton et de 90% sur des aciers inoxydables1 en effectuant une seule passe laser. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de l'état de contamination par un polluant de la surface d'un solide (1), comprenant le prélèvement de particules de ce polluant sur une zone de la surface à contrôler pour les examiner, caractérisé en ce que - on dispose un dispositif de prélèvement sur la surface à contrôler et permettant d'accéder à ladite zone, ce dispositif comprenant des moyens de collecte desdites particules, - on soumet ladite zone à l'impact d'un faisceau laser (6) de caractéristiques telles qu'il provoque l'extraction desdites particules (7), - on recueille au moins une partie des particules extraites grâce aux moyens de collecte, - on estime l'état de contamination de ladite surface par examen des particules recueillies. 2. Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de collecte comprennent une lame (5) transparente audit faisceau (6), disposée sur son trajet et placée de façon à recevoir les particules extraites qui sont aspirées le long du faisceau laser par l'effet plasma généré par ce faisceau. 3. Procédé de contrôle selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on estime l'état de contamination par mesure de l'atténuation de la transmission optique de la lame. 4. Procédé de contrôle selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on estime l'état de contamination par examen au microscope de la lame. 5. Procédé de contrôle selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on estime l'état de contamination par dissolution des particules recueillies et l'analyse physico-chimique de ces particules. 6. Procédé de contrôle selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de collecte comprennent le passage d'un flux gazeux véhiculant au moins une partie des particules extraites. 7. Procédé de contrôle selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on estime l'état de contamination par dissolution des particules véhiculées dans le flux gazeux et analyse physico-chimique de ces particules. 8. Procédé de contrôle selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on estime l'état de contamination par un granulomètre placé en ligne avec le flux gazeux. 9. Procédé de contrôle selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on estime l'état de contamination par arrêt des particules sur un filtre absolu et détection, soit par un examen microscopique du dépôt recueilli sur le filtre, soit par des mesures nucléaires si les particules contiennent des radioéléments. 10. Dispositif de prélèvement de particules d'un polluant recouvrant la surface d'un solide, comprenant des moyens de collecte de ces particules, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte (4) présentant une ouverture destinée à recouvrir une zone de ladite surface, l'enceinte étant pourvue d'une lame (5) transparente à un faisceau laser (6) destiné à extraire, par son impact sur ladite zone, lesdites particules (7). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'enceinte est pourvue d'au moins un orifice d'entrée (10) et d'un orifice de sortie (9) permettant la circulation d'un gaz pour le transfert des particules. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'enceinte est pourvue d'un orifice d'entrée (10) du gaz qui est situé le plus près possible de la surface du solide. 13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'enceinte est pourvue d'un orifice d'entrée (17) du gaz qui est situé le plus près possible de la lame (5). 14. Installation pour le contrôle de l'état de contamination par un polluant de la surface d'un solide, caractérisé en ce qu'elle comprend - un dispositif de prélèvement selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, - un laser émettant un faisceau laser, - des moyens pour véhiculer ce faisceau laser jusqu'à la zone de la surface à contrôler, - des moyens permettant d'assurer la circulation du gaz de transfert des particules, - des moyens permettant l'examen des particules transférées par ledit gaz.