Brevet FR2933012A1 — publié le 20100101

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DECONTAMINATION PARTICULAIRE DE SURFACE PAR EXTRACTION AMELIOREE DESCRIPTION 5 DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne l'amélioration de la décontamination particulaire de surface d'un objet. L'invention peut s'appliquer plus particulièrement à la décontamination dans des zones à 10 environnement maîtrisé. ART ANTÉRIEUR Un contaminant est désigné dans la norme ISO 14644-4 comme suit �Tout entité particulaire, moléculaire, non particulaire ou biologique susceptible 15 de produire un effet indésirable sur le produit ou le procédé �. Dans le cadre de l'invention, on s'intéresse exclusivement à la contamination particulaire de surface. A ce jour, un seul standard 20 permet de classer l'état de propreté des surfaces sur lesquelles sont présents des contaminants particulaires déposés : il s'agit de la norme IEST 1246 D. Un nouveau standard international ISO 14644-9 pour classer l'état de propreté 25 particulaire des surfaces est en cours d'approbation. Les contaminants particulaires surfaciques considérés selon ce nouveau standard sont ceux dont la taille unitaire est généralement comprise entre 0,05 pm et 500 pm pour les besoins de la classification. Outre cette 2 large gamme de taille, le nouveau standard propose de considérer de nouvelles gammes spécifiques non comprises dans cette large gamme. Il s'agit selon ce nouveau standard de déterminer le nombre par m' de ces contaminants particulaires surfaciques. En outre, des contaminants d'origine biologique peuvent être assimilés à des particules de surfaces quand ils sont morts. Des contaminants biologiques morts entrent donc dans le cadre de l'invention. A ce jour, pour effectuer la décontamination particulaire de surface deux grandes techniques existent : une technique par voie sèche et une autre par voie humide. Les aspirateurs sont les appareils les plus connus et les plus utilisés pour la voie sèche. Des pistolets soufflant de l'air parfois ionisé et filtré sont également utilisés sur des surfaces polluées afin de les rendre propres. Quelle que soit la technique utilisée (sèche ou humide), les têtes nettoyantes reposent sur des semelles planes équipées ou non de matériaux plus ou moins abrasifs (brosse, chiffon sec éventuellement couplé à un chiffon humide passé après). Dans les salles propres, il y a une contrainte évidente de non génération de particules supplémentaire pour toutes les opérations réalisées dans ces environnements, ce qui limite l'emploi de matériaux abrasifs au contact des surfaces. Le soufflage d'air propre à la surface d'un objet est connu. Mais ce soufflage est utilisé dans des sondes dont la fonction recherchée est le contrôle 3 particulaire de surfaces. Ces sondes selon l'état de l'art fonctionnent sur le principe combiné de soufflage d'air propre et d'aspiration afin de compter les particules de surface détachées par le soufflage et aspirées. Ainsi, un appareil largement répandu dans le domaine est celui commercialisé sous le nom Q-III par la société Dryden Engineering dont le principe de fonctionnement par comptage ultérieur à l'aspiration, à l'aide d'un laser à diode, est décrit dans le brevet US 5,253,538. Les conditions opératoires de cet appareil telles qu'indiquées dans le brevet et dans la notice d'utilisation indiquent que la tête de détection défile sur l'objet à analyser à une vitesse de 10 LFPM (Linear Feet Per Minute) avec des durées d'échantillonnage de 1, 3 ou 6 secondes (voir colonne 4, lignes 49-51 du brevet). Cet appareil est conçu avec cinq canaux d'aspiration respectivement de 0,3 pm, 0,5 pm, 1.0 pm, 5.0 pm et 10 pm. Dans le mode de réalisation illustré de la figure 4 du brevet, il est prévu seulement quatre orifices de soufflage 56 répartis aux sommets d'un carré formé dans la face inférieure 53 de la sonde destinée à venir en contact avec la surface 12 à analyser. Le soufflage d'air filtré réalisé à travers ces orifices 56 est effectué orthogonalement à la surface 12. L'aspiration de l'air soufflé contenant les contaminants particulaires de surface éventuels est réalisée dans un premier temps parallèlement à la surface 12 dans des rainures pratiquées dans la face inférieure 53 de la sonde puis dans un deuxième temps orthogonalement à la surface 12 à travers un large orifice central 54. 4 Un inconvénient identifié de cet appareil par la société Applied Materials concerne le non alignement potentiel de la tête de sonde avec un objet à analyser lorsque celui-ci n'est pas parfaitement plan. Aussi, Applied Materials a envisagé une solution, telle que décrite dans le brevet US 5,939,647, qui consiste à rendre rotative la tête d'échantillonnage afin de permettre une flexibilité de positionnement. Dans le mode de réalisation illustré de la figure 4 du brevet, il est prévu un canal de soufflage 188 formé dans la partie centrale de la face inférieure 199 de la sonde. Le soufflage d'air filtré est effectué là encore orthogonalement à la surface à analyser. Des canaux périphériques 196 inclinés de diamètre inférieur à celui du canal de soufflage 188 sont prévus à la périphérie pour effectuer l'aspiration de l'air soufflé contenant les contaminants particulaires de surface éventuels. Les études récentes de la demanderesse ont montré que, quel que soit l'appareil de décontamination actuellement commercialisé, la décontamination particulaire de surface n'était pas efficace, en particulier selon le nouveau standard ISO 14644-9. Le but de l'invention est alors de proposer une solution qui permette d'effectuer une décontamination particulaire de surface d'un objet efficace, en particulier selon le nouveau standard ISO 14644-9. EXPOSÉ DE L'INVENTION A cet effet, l'invention concerne un procédé de décontamination particulaire de surface d'un objet, comprenant les étapes suivantes : a) soufflage d'air propre à l'oblique sur une surface déterminée de l'objet, b) aspiration de l'air soufflé à l'oblique contenant les contaminants particulaires éventuels. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le soufflage oblique est réalisé en faisant un angle rasant, inférieur à 45° par rapport à la surface de l'objet. En réalisant un soufflage rasant, on peut encore mieux décrocher les contaminants particulaires de surface susceptibles d'être déposés sur la surface, en particulier ceux pris dans les défauts de surface de l'objet. La valeur de l'angle rasant peut être choisie en fonction de la nature de surface de l'objet, du débit de soufflage, du débit d'aspiration. L'angle rasant peut par exemple être compris entre 0 et 45°. Selon un mode de réalisation avantageux, on réalise l'étape b) avec une oblicité du soufflage différente en différents points de la surface déterminée. Avantageusement, on peut collecter en aval les contaminants particulaires de surface aspirés. On peut ainsi réaliser des analyses physico-chimiques ultérieures de la collecte. On peut également confiner les particules aspirées et collectées et leur faire subir un traitement spécifique en fonction du danger 5 6 inhérent à la nature des particules (toxicité chimique ou radio chimique...). En tant que moyen de collecte, le dispositif peut comprendre avantageusement une membrane de filtration montée dans les moyens d'aspiration afin de collecter les contaminants particulaires aspirés. On peut réaliser avantageusement une quantification d'au moins une partie des particules aspirées par au moins un dispositif de comptage adapté pour compter des particules de taille unitaire comprise dans une gamme de valeur donnée. Le(s) dispositif(s) de comptage selon l'invention peu(ven)t être constitué(s) par tout type d'appareils mettant en oeuvre une technologie de métrologie des aérosols. Par exemple, on peut envisager de préférence un dispositif de comptage optique, de type diodes laser afin de quantifier des particules inférieures à 10 pm. On peut aussi envisager un compteur à noyaux de condensation afin de quantifier des particules de taille nanométrique. On peut en outre considérer des compteurs utilisant un comptage de type électrique, tel que les compteurs E.L.P.I (� Electrical Low Pressure Impactor � en anglais). Dans le cadre de l'invention, on pourra associer en ligne, c'est-à-dire sur la même voie d'aspiration, un dispositif de comptage optique avec un compteur à noyaux de condensation et/ou avec un compteur E.L.P.I. Typiquement, on peut utiliser un compteur optique, de type diode laser dont la limite inférieure de comptage est de l'ordre de 0,1 pm et la limite supérieure est de l'ordre de 10 pm. 7 De même, on peut utiliser un compteur à noyaux de condensation dont la limite inférieure de comptage correspond à environ 5 à 7 nm (nanomètres). Par � air propre �, il faut comprendre ici et dans le cadre de l'invention, que l'air soufflé est filtré de sorte à ne pas contenir de particules de taille supérieure à une valeur donnée, de préférence égale à la limite inférieure de comptage du dispositif de comptage. L'inventeur a su mettre en évidence que les appareils de détection et comptage utilisant le principe combiné de soufflage/aspiration cumulaient deux limites : d'une part au niveau de l'extraction proprement dite des particules et d'autre part au niveau de la détection ou analyse proprement dite des particules. L'inventeur a donc décidé de repousser respectivement chacune de ces deux limites. En ce qui concerne l'extraction proprement dite, l'inventeur a pu constater que les sondes selon l'état de l'art présentaient toutes une aéraulique de soufflage non optimisée pour décrocher efficacement les contaminants déposés sur la surface, en particulier si ils sont retenus par les défauts de surface. En d'autres termes, l'inventeur a considéré que les sondes selon l'état de l'art mettant en oeuvre le principe combiné de soufflage d'air et d'aspiration ne pouvaient être utilisées telles quelles pour servir de dispositif de décontamination particulaire de surface efficace. En effet, le soufflage, par exemple par les sondes divulguées dans les brevets cités en préambule, 8 est réalisé orthogonalement à la surface et dans une zone limitée de celle-ci. Aussi, un tel soufflage orthogonal localisé contribue plus à plaquer en quelque sorte les contaminants particulaires présents sur la zone et à ne pas forcément décrocher ceux présents sur la surface en dehors de cette zone directement impactée par le soufflage. L'inventeur a ainsi conclu qu'un soufflage oblique de l'air sur la surface, aurait pour avantage de balayer efficacement celle-ci. Il a ainsi pu définir un soufflage oblique qui décroche ou détache efficacement les particules de surface, y compris les particules de taille submicronique selon la norme ISO 14644-9 avant de les aspirer, une fois en suspension dans l'air emprisonné entre la tête du dispositif de soufflage en contact avec la surface à décontaminer et cette dernière. En d'autres termes, le procédé selon l'invention permet de décontaminer efficacement une surface d'un objet et le cas échéant, confiner proprement un échantillon de surface d'un objet à qualifier en termes de propreté particulaire ou biologique de surface. L'invention concerne également un dispositif de décontamination particulaire de surface d'un objet, comprenant : - des moyens de soufflage pour souffler de l'air propre à l'oblique sur une surface déterminée de l'objet, 9 - des moyens d'aspiration pour aspirer l'air soufflé à l'oblique contenant des contaminants particulaires de surface éventuels. Selon un mode de réalisation avantageux, les moyens de soufflage sont adaptés pour souffler de l'air propre avec une oblicité du soufflage différente en différents points de la surface à analyser. Selon une variante de réalisation, le dispositif peut comprendre une tête destinée à être en contact avec l'objet et comprenant une paroi adaptée pour venir en regard de celle de l'objet à décontaminer, les moyens de soufflage d'air propre à l'oblique comprenant des canaux percés à l'oblique dans la paroi. On peut définir avantageusement une section transversale de paroi qui a une forme concave, avec des canaux obliques répartis sur la concavité de la paroi. On peut également définir une section transversale de paroi de forme plane, c'est-à-dire avec la surface en regard de la surface à décontaminer qui est plane et dont la surface est sensiblement égale à celle à décontaminer. Dans le cadre de l'invention, lorsque la forme de la section transversale de paroi est plane, l'air propre est soufflé à une distance égale quel que soit le canal oblique depuis lequel il sort, tandis que lorsque la forme est concave, l'air propre est soufflé à différentes distances depuis la sortie d'air oblique. Selon une autre variante de réalisation, le dispositif peut comprendre une tête destinée à être en contact avec de l'objet et comprenant une paroi adaptée pour venir en regard de celle de l'objet à 10 décontaminer, les moyens de soufflage d'air propre à l'oblique comprenant des buses orientables et agencées dans la paroi. Avantageusement, la tête comprend une semelle de contact avec l'objet, réalisée en matériau(x) chimiquement neutre(s) vis-à-vis de l'objet, et agencée à la périphérie de la paroi. Dans le cadre de l'invention, l'expression �chimiquement neutre(s) � signifie que la (les) partie (s) considérée (s) est (sont) réalisée (s) en un ou plusieurs matériaux présentant l'ensemble des caractéristiques suivantes : - un taux de dégazage défini, par exemple, tel que la perte de masse totale est inférieure à 1% selon le test ECSS Q70-2A et tel que la quantité volatile recondensée est inférieure à 0,1% selon le même test, - une inertie chimique définie, par exemple, telle que la perte ou le gain de masse suite à une potentielle réaction chimique soit inférieure à 1% en masse, - une aptitude à générer des particules définie, par exemple, telle que le niveau de contamination surfacique soit inférieur à un niveau 100 par exemple, selon la norme IEST 1246D. Le dispositif peut en outre comprendre des moyens pour générer un coussin d'air non contaminant en dessous de la semelle de contact afin de déplacer le dispositif entre deux surfaces différentes déterminées. L'invention concerne enfin l'application du procédé décrit ci-dessus ou du dispositif visé ci- 11 dessus à la décontamination particulaire de surface dans des zones à environnement maîtrisé. Dans certaines industries (spatial, micromécanique, optique, nanotechnologies mais aussi industrie pharmaceutique et agroalimentaire, hôpitaux...), il peut s'avérer particulièrement intéressant de garantir une propreté des surfaces d'un objet. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d'un exemple de réalisation faite en référence aux figures suivantes : - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de décontamination particulaire de surface selon l'invention, - les figures 2 et 3 montrent, en vue de coupe, deux modes de réalisation différents d'une tête implantée dans un dispositif selon l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Le dispositif selon l'invention 1 représenté schématiquement permet de réaliser la décontamination particulaire une surface S' d'un objet dont on cherche à contrôler et/ou décontaminer la surface totale S. Le dispositif 1 comprend tout une tête 2 adaptée pour venir en contact avec la surface S de l'objet par l'intermédiaire d'une semelle 20 réalisée en un ou plusieurs matériaux chimiquement neutre(s) par rapport à l'objet, tel(s) que du téflon. Dans les modes 25 de réalisation illustrés, la semelle 20 est agencée à la périphérie de la paroi 21 de tête 2 depuis laquelle le soufflage oblique est réalisé. Des moyens de soufflage 3 sont prévus pour respectivement souffler de l'air propre à l'oblique sur la surface S'. Ces moyens de soufflage 3 comprennent un conduit de soufflage 30 avec lequel est connecté une pompe avec filtre 31 permettant de souffler par refoulement tout en filtrant l'air afin de le rendre propre. Ce conduit de soufflage 30 débouche sur des canaux pratiqués dans une paroi 21 de la tête 2 (figures 1 à 3) ou sur des buses orientables intégrées dans la tête 2 (non représentés ici). Dans le mode de réalisation illustré en figures 1 et 3, la paroi 21 présente une section transversale concave, c'est-à-dire qu'elle définit une concavité entre la surface S' de l'objet à décontaminer, lorsque la tête 2 est en contact avec celui-ci. La section générale concave de la paroi 21 peut être hémisphérique ou hémicylindrique ou hémiellipsoïdale. Par ailleurs, la section longitudinale de la paroi 21 peut être rectangulaire ou carrée. Selon ce mode, les canaux de soufflage 200 sont pratiqués de manière à souffler individuellement de l'air oblique, selon une multiplicité d'angle oblique : SOUFF1, SOUFF2, SOUFF3, SOUFF4... L'aspiration ASP se fait dans la partie centrale de la paroi concave 21 de tête. Selon le mode de réalisation de la figure 2, la paroi 21 constituée par un cylindre plein de hauteur faible par rapport à son diamètre Dans 13 l'ensemble des modes de réalisation illustrés, l'aspiration est réalisé par des moyens adaptés 4 comprenant un conduit d'aspiration 40 connecté à un canal 22 réalisé dans la partie centrale de la paroi 21 de tête. Ainsi, l'aspiration se fait sensiblement selon une direction orthogonale ASP à la surface S' à décontaminer. Sur la figure 2, les canaux obliques 200 sont tous percés avec une sortie identique et rasante avec un angle rasant compris entre 0 et 45°. On pourrait envisager une aspiration périphérique supplémentaire qui collecterait préférentiellement les particules de plus grande taille. Dans la variante où l'on rajoute une aspiration supplémentaire dans une paroi de tête concave, on réalise en quelque sorte une double aspiration avec l'une réalisée sur le bas de la paroi (la plus proche de l'objet en position de décontamination) et avec l'autre réalisée sur le haut de la paroi de tête. Dans l'ensemble des modes de réalisation illustrés, il est prévu que la pompe 31 soit en outre connectée au conduit 40 d'aspiration afin que celle-ci évacue les éventuels contaminants particulaires aspirés. A titre de variante, on peut prévoir de collecter les particules aspirées en aval dans le conduit d'aspiration 40 sur une membrane de filtration 5. A l'endroit où est implantée la membrane de filtration, on peut également prévoir de réaliser une fenêtre 6 afin de contrôler visuellement l'état de propreté de la membrane. La récupération de la membrane de collecte permet des analyses physico-chimiques par 14 la suite. La membrane peut être confinée et subir un traitement chimique ou physico-chimique si les particules contaminant la surface S présentent une toxicité. On peut également envisager d'implanter un dispositif de comptage, par exemple optique implanté en aval. Celui-ci est de préférence adapté pour quantifier des particules de taille unitaire comprise entre une valeur inférieure de l'ordre de 0,1 pm et une valeur supérieure de l'ordre de 10 pm qui passent dans le conduit 40. La tête 2 du dispositif peut comprendre une semelle 20 de contact avec l'objet, qui est réalisée en matériau(x) chimiquement neutre(s) vis-à-vis de la surface S de l'objet. Cette semelle 60 peut être avantageusement en téflon. La géométrie de la semelle 20 (par exemple carrée ou circulaire) peut être avantageusement adaptée à la géométrie des surfaces S' à qualifier selon la norme ISO 14644-9. La tête 2 du dispositif 1 peut éventuellement se déplacer de façon autonome sur coussin d'air non contaminant pour un contrôle téléguidé point par point de décontamination ou automatisé de grande surface. Le fonctionnement du dispositif 1 selon l'invention est le suivant : 1) positionnement de la partie tête 2 du dispositif 1 sur une surface à décontaminer S' avec mise en contact entre la semelle 20 et l'objet, 2) soufflage d'air oblique et rasant selon une incidence oblique donnée à une distance donnée 25 30 15 (figure 2) ou selon une multiplicité d'incidence oblique (figures 1 et 3) à différentes distances de la surface S', 3) aspiration de l'air contenant les particules en suspension. L'invention permet d'obtenir les avantages suivants . - décontamination particulaire des surfaces sans utilisation de solvant ou de liquide, - contrôle de l'efficacité de la décontamination en temps réel, - garantie de la collecte et/ou du confinement des contaminants particulaires détachés de la surface pour un confinement/traitement éventuel ou une analyse physico-chimique ultérieure. D'autres améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Ainsi, l'aspiration peut être faite simultanément au soufflage oblique dès le début de celui-ci ou après une certaine durée de latence. Cette dernière pourra être choisie en fonction de la nature des particules à aspirer, de la surface de l'objet à décontaminer, et du débit d'aspiration.25 REVENDICATIONS1. Procédé de décontamination particulaire de surface d'un objet, comprenant les étapes suivantes . a) soufflage d'air propre à l'oblique sur une surface déterminée de l'objet, b) aspiration de l'air soufflé à l'oblique contenant les contaminants particulaires éventuels. 2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel le soufflage oblique est réalisé en faisant un angle rasant, inférieur à 45° par rapport à la surface déterminée. 3. Procédé selon la revendication 2, selon lequel l'angle rasant est compris entre 0 et 45°. 4. Procédé selon l'une quelconque des 20 revendications précédentes, selon lequel on réalise l'étape b) avec une oblicité du soufflage différente en différents points de la surface déterminée. 5. Procédé selon l'une quelconque des 25 revendications précédentes, selon lequel on collecte en aval les contaminants particulaires de surface aspirés. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, selon lequel on réalise une 30 quantification d'au moins une partie des particules aspirées par au moins un dispositif de comptage adapté 15 17 pour compter des particules de taille unitaire comprise dans une gamme de valeur donnée. 7. Dispositif (1) de décontamination particulaire de surface d'un objet, comprenant : - des moyens de soufflage (3, 30, 31 ,200) pour souffler de l'air propre à l'oblique sur une surface déterminée de l'objet, - des moyens d'aspiration (4, 40, 31, 22) pour aspirer l'air soufflé à l'oblique contenant des contaminants particulaires de surface éventuels. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les moyens de soufflage sont adaptés pour souffler de l'air propre avec une oblicité du soufflage différente (SOUFF1, SOUFF2, SOUFF3, SOUFF4) en différents points de la surface déterminée. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8 comprenant une tête (2) destinée à être en contact avec l'objet et comprenant une paroi (21) adaptée pour venir en regard de celle de l'objet à décontaminer, dans lequel les moyens de soufflage d'air propre à l'oblique comprennent des canaux (200) percés à l'oblique dans la paroi. 10. Dispositif selon la revendication 8 en combinaison avec la revendication 9, dans lequel la section longitudinale de la paroi (21) a une forme générale concave, les canaux obliques (200) étant répartis sur la concavité de la paroi. 18 11. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, comprenant une tête (2) adaptée pour être en contact avec de l'objet et comprenant une paroi (21) adaptée pour venir en regard de celle de l'objet à décontaminer, dans lequel les moyens de soufflage d'air propre à l'oblique comprennent des buses orientables et agencées dans la paroi. 12. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 11, dans lequel la tête comprend une semelle de contact (20) avec l'objet, réalisée en matériau(x) chimiquement neutre(s) vis-à-vis de l'objet, et agencée à la périphérie de la paroi. 13. Dispositif selon la revendication 12, comprenant en outre des moyens pour générer un coussin d'air non contaminant en dessous de la semelle de contact afin de déplacer le dispositif entre deux surfaces différentes déterminées. 14. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ou du dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, à la décontamination particulaire de surface dans des zones à environnement maîtrisé.