Brevet FR2962219A1 — publié le 20120106

PRELEVEUR D'ECHANTILLONS NOTAMMENT LIQUIDES ET CONTAMINES, ET APPAREILLAGE LE COMPRENANT DESCRIPTION 5 DOMAINE TECHNIQUE Le sujet de l'invention présente est un préleveur d'échantillons, notamment de boues liquides et contaminées, ainsi qu'un appareillage de conditionnement, de transport et de dépotage de ce 10 préleveur. La réalisation d'une prise d'échantillon d'un produit émettant des rayonnements ionisants exige des mesures de protection spécifiques. Il est vital de se protéger contre l'irradiation et la contamination 15 aussi bien pendant le prélèvement de l'échantillon que pendant son transport jusqu'à un lieu d'examen ou de traitement. Les échantillons sont généralement prélevés sur des produits contaminés déposés sur le fond de 20 cuves où les accès directs pour l'utilisation de dispositifs encombrants et les interventions humaines sont soit inexistants soit inutilisables. Ainsi, les dispositifs utilisés jusqu'à présent pour réaliser de telles prises d'échantillons sont notamment des moyens 25 de pompage déportés ou sur site au moyen de seringues, qui entraînent des risques de contamination ou d'irradiation des opérateurs qui sont chargés de les mettre en oeuvre. C'est pour obvier à ces différentes 30 difficultés que l'invention a été conçue : elle permet de prélever des échantillons à distance, puis de 2 transporter ces échantillons sans risque radiologique pour les opérateurs et l'environnement de travail. Elle concerne d'abord un préleveur d'échantillons comprenant une enveloppe cylindrique, une ouverture à une extrémité de l'enveloppe, un bouchon apte à clore l'ouverture, un piston mobile dans l'enveloppe et comprenant une tige et un premier clapet délimitant une chambre de prélèvement avec l'enveloppe et l'ouverture, caractérisé en ce qu'il comprend un second clapet opposé au premier clapet sur la tige, une cloison fixe située dans l'enveloppe et traversée par la tige, le second clapet et l'enveloppe délimitant une chambre de gonflage, un conduit de gonflage débouchant dans la chambre de gonflage et menant à une installation de gonflage extérieure, et un mécanisme d'actionnement du bouchon commandé par le piston. Un élément important de l'invention est que le remplissage du préleveur par l'échantillon s'effectue à distance par un actionneur pneumatique fiable, et que la chambre est close par le même mécanisme. L'échantillon est donc prélevé de façon sûre, et aucune fuite n'est à craindre quand la chambre a été refermée. Dans une conception préférée, le mécanisme d'actionnement du bouchon comprend des tirants disposés le long de l'enveloppe, une coupelle opposée au bouchon sur l'enveloppe, les tirants reliant la coupelle au bouchon, la coupelle s'étend sur une ouverture de l'enveloppe, et le piston comprend une portion de contact avec la coupelle et d'entraînement de la coupelle. Le piston effectue le prélèvement, puis 3 referme le bouchon seulement à la fin de sa course, de sorte que les deux actions faites par le piston sont successives et qu'un bon remplissage de la chambre n'est pas empêché par une fermeture prématurée du bouchon. Le conduit de gonflage est avantageusement assemblé à une extrémité de la tige du piston et débouche dans un perçage de la tige qui s'étend au-delà du second clapet et débouche dans la chambre de gonflage ; il est alors avantageux de suspendre le préleveur à ce câble, qui peut avantageusement faire office de câble de suspension et de conduit d'amenée de l'air comprimé, ou conduit de gonflage, nécessaire à la mise en pression de la chambre de gonflage, manoeuvrant le piston de commande et pouvant aboutir à un tambour de levage pouvant être lui-même composé d'une manière à faire office de protection biologique, en protégeant de l'irradiation provenant du câble, qui est susceptible d'être contaminé par une immersion dans le produit à prélever. L'invention concerne aussi un appareillage de prélèvement d'échantillons comprenant un préleveur tel que décrit ci-dessus, un château blindé et un conteneur cylindrique logé dans le château et logeant le préleveur, le château comportant une ouverture inférieure, l'ouverture du château étant une ouverture de passage du conteneur et pouvant être close par un opercule, le conteneur comportant une ouverture inférieure de passage du préleveur pouvant être close par un tournant, et une ouverture supérieure de passage du conduit de gonflage pouvant être close par un autre 4 tournant, les ouvertures du conteneur étant alignées avec l'ouverture du château quand il est logé dans le château. Cet appareillage garantit la sécurité des opérateurs après que le préleveur a capté l'échantillon et qu'il a été ramené dans un environnement ordinaire : en étant logé dans le conteneur, les salissures de sa surface extérieure ne peuvent se répandre à l'extérieur ni salir l'intérieur du château blindé, qui lui-même arrête les radiations de l'échantillon. Le préleveur se retrouve tout de suite enfermé dans le conteneur et le château dès qu'il a été tiré du lieu du prélèvement, et les ouvertures du conteneur et du château sont refermées très rapidement de sorte qu'il n'y a pas à redouter de contamination. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, le château peut être doté d'une paroi latérale formée de couches cylindriques concentriques, les couches cylindriques comprenant une couche interne fixée à une boîte inférieure du château comprenant l'orifice inférieur et l'opercule et des couches amovibles ; et encore d'un couvercle formé d'une plaque couvrant la paroi latérale et monté de façon démontable à une portion du château fixée à la boîte inférieure, et d'une portion de surépaisseur située sous la plaque et en appui sur la couche interne de la paroi latérale. L'épaisseur du château peut ainsi être adaptée à l'importance des rayonnements à arrêter, aussi bien en ce qui concerne sa paroi latérale que sa paroi supérieure. L'invention sera maintenant décrite en détail en liaison aux figures, parmi lesquelles : les figures 1, 2 et 3 illustrent le préleveur en coupe et piston abaissé, en coupe et 5 piston relevé, et en extérieur respectivement la figure 4 illustre le conteneur en coupe ; les figures 5 et 6 illustrent le château en coupe et en vue axiale ; la figure 7 illustre un dispositif de stockage connu ; et la figure 8 illustre une pièce de transfert du préleveur entre le château et le dispositif de stockage. Le préleveur (1) est donc décrit au moyen des figures 1 à 3. Il comprend une enveloppe (2) cylindrique ouverte à ses extrémités et divisée en deux par une cloison fixe (3). L'enveloppe (2) est représentée verticale, selon son orientation normale 20 pendant le prélèvement. Elle est parcourue par un piston (4) comprenant une tige (5), un premier clapet (6) situé sous la cloison fixe (3) et un second clapet (7) situé sur elle. Une chambre de prélèvement (8) s'étend sous le premier clapet (6), et elle est encore 25 délimitée par l'enveloppe (2) et un bouchon (9) pouvant clore l'ouverture (10) correspondante. Une chambre de gonflage (11) s'étend entre la cloison fixe (3), le second clapet (7) et l'enveloppe (2). Le bouchon (9) comprend un joint conique (12) autour d'une rondelle 30 qui assure sa rigidité ; un mouvement vertical du bouchon (9) fait varier le jeu avec le bas de 15 6 l'enveloppe (2) du fait de cette conicité, et amène donc à une ouverture ou une fermeture progressive de la chambre de prélèvement (8). La forme conique a l'avantage de garantir l'étanchéité même en cas de petites irrégularités dans le processus, si par exemple une impureté solide se loge entre le bas de l'enveloppe (2) et le bouchon (9). Le bouchon est suspendu au reste du préleveur (1) par un trio de tirants (13) répartis autour de l'enveloppe (2) et s'étendant suivant son axe ; ils sont fixés au bouchon (9) à une extrémité et à une coupelle (14) à l'autre extrémité. Un ressort (15) est comprimé entre une collerette (16) saillant autour de l'enveloppe (2) et le bouchon (9) et rappelle donc celui-ci en position d'ouverture. La coupelle (14) repose en général sur l'extrémité supérieure de l'enveloppe (2). Une extrémité (17) de la tige (5) du piston (4) s'étend au-delà du second clapet (7) et traverse la coupelle (14) par un perçage assez large, de sorte qu'aucun contact entre la coupelle (14) et l'extrémité (17) n'existe. Dans une position où le piston (4) est relevé au maximum, une face supérieure (18) du second clapet (7) touche toutefois la coupelle (14) et la soulève au-dessus de l'enveloppe (2), ce qui produit un mouvement ascendant des tirants (13) et du bouchon (9) malgré le ressort (15), jusqu'à ce que le bouchon (9) close l'ouverture (10). Un conduit de gonflage (19) est relié à l'extrémité (17) en étant serti sur elle. La fixation est assez solide pour que le préleveur puisse être suspendu au conduit de gonflage (19). La tige (5) est évidée d'un perçage (20) qui s'étend le long de son axe 7 jusqu'au-dessous du second clapet (7), où il débouche dans la chambre de gonflage (11). En insufflant de l'air dans le conduit de gonflage (19) (par une installation appropriée, qui peut même consister en une pompe manuelle ordinaire (21) à l'extérieur), une surpression se forme dans la chambre de gonflage (11), dont le volume augmente sans cesse, le piston (4) étant déplacé vers le haut ; le volume de la chambre de prélèvement (8) augmente aussi, ce qui aspire le produit environnant par l'ouverture (10). Quand le piston (4) arrive en haut de sa course, la coupelle (14), les tirants (13) et le bouchon (9) sont soulevés jusqu'à ce que l'ouverture (10) soit refermée. Le prélèvement est alors effectué. On passe à la description du conteneur (22) destiné à recevoir le préleveur (1) au moyen de la figure 4. Il comprend une enveloppe (23) cylindrique et creuse dont les extrémités inférieure et supérieure sont respectivement occupées par des tournants (25 et 26) sphériques qui peuvent tour à tour les ouvrir ou les fermer. Les tournants (25 et 26) et leurs ouvertures (27 et 28) sont de diamètres différents, celui de l'extrémité inférieure étant plus gros. Ils possèdent tous deux un embout (29 ou 30) donnant latéralement hors de l'enveloppe (23) et pouvant être tourné par une clef respective (31 ou 32), pour les ouvrir ou les fermer. L'appareillage comprend encore un château (33), c'est-à-dire un récipient d'épaisseur suffisante pour arrêter les radiations ionisantes. Il est décrit par les figures suivantes 5 et 6 et comprend une boîte 8 (34) constituant une base, une paroi latérale (35) et un couvercle (36). La boîte (34) comprend un perçage (66) pouvant être ouvert ou fermé par un opercule (37) à guillotine manoeuvrable par un levier (38). Un doigt d'indexage (39) peut toutefois être engagé dans un trou adapté de la boîte (34) pour retenir l'opercule (37) en position de fermeture. La paroi (35) comprend plusieurs couches superposées et séparées de matière métallique, dont une couche interne (40) fixée à la boîte (34) et d'autres couches, ici au nombre de deux (41 et 42), enfilées autour de la couche interne (40) et simplement posées sur la boîte (34) de façon à être amovibles. Quel que soit le nombre de couches, la paroi (35) est munie de deux trous superposés (43 et 44) pour le passage des clefs (31 et 32) ; elle est aussi munie d'une fente (45) située près du sommet, juste sous le couvercle (36). Celui-ci comprend une plaque (37) ou couche supérieure et une surépaisseur (46) ou couche inférieure s'étendant sous elle. La plaque (37) couvre toute la paroi (35), retient ainsi les couches (41 et 42) et est maintenue en place par des vis (47) engagées dans des montants (48) fixés à la boîte (34), encadrant la paroi (35) et destinés à supporter une anse (49) de préhension du château (33). La surépaisseur (46) est posée sur la couche interne (40) de la paroi latérale (35), et entourée par le sommet des autres couches (41 et 42) et maintenue en place par le couvercle (36). La surépaisseur (46) est donc amovible, ou remplaçable par d'autres ayant des épaisseurs différentes. Le poids du château (33) et sa capacité d'absorption des irradiations sont donc réglables. La plaque (45) et la 9 surépaisseur (46) sont pourvues d'un perçage (50) vertical et central. Le conteneur (22) peut être retenu dans un logement (51) au centre du château (33), et le préleveur (1) peut de même être retenu dans un logement (52) au centre du conteneur (22). Le conteneur (22) peut tomber du logement (51) quand l'opercule (37) est ouvert, et de même le préleveur (1) peut tomber du logement (52) quand le tournant (25) est ouvert. Le conduit de gonflage (19) peut glisser dans l'ouverture (28) du tournant (26) supérieur et dans le perçage (50) du couvercle (36). Un tambour (53) à enroulement du conduit de gonflage (19), servant de treuil, peut être posé sur la plaque (45). Le tambour (53) peut être entouré d'une enceinte de protection biologique (non représentée) si le conduit de gonflage (19) peut être sali en trempant dans la matière de l'échantillon. Le conduit de gonflage (19) peut aussi être lavé par une rampe (54) située, par exemple, dans la boîte (34) et composée de buses d'arrosage convergeant sous ladite boîte (34). Voici comment s'effectue un prélèvement d'échantillons. Le conduit de gonflage (19) est serti sur l'extrémité (17) de la tige (5). Le conduit de gonflage (19) passe par le perçage (50) et par l'ouverture (28) du boisseau supérieur (26). Le conteneur (22) est dans le château et le préleveur (1) dans le conteneur (22). L'opercule (37) et le boisseau inférieur (25) sont fermés. Le château (33) est amené sur place, en étant posé sur une ouverture (55) supérieure d'une fosse (56) où le prélèvement doit se 10 faire. L'opercule (37) est ouvert mais pas complètement, de manière à retenir le conteneur (22). Le tournant inférieur (25) est ouvert après que l'on a enfilé la clef (31) dans le perçage (43) inférieur, ce qui libère le préleveur (1) que l'on peut descendre dans la fosse (56) en tournant le treuil (53). Quand le préleveur (1) plonge dans le produit à prélever, le gonflage est entrepris par la pompe (20) : le piston (4) est déplacé vers le haut, aspire un échantillon dans la chambre de prélèvement (8) et referme l'ouverture (10) à la fin de son mouvement. Le préleveur (1) chargé est soulevé par le tambour (53) et rentre dans le château (33) et le conteneur (22). Le tournant (25) est refermé, puis l'opercule (37) est replacé. Une lame insérée dans la fente (45) permet de couper le conduit de gonflage (19) juste sous le couvercle (36), et le préleveur (1) n'étant plus suspendu tombe au fond du conteneur (22) avec un bout du conduit de gonflage (19). La clef (32) est enfilée dans le perçage (44) supérieur et permet de refermer le tournant supérieur (26) : le conteneur (22) est alors complètement fermé et enferme le préleveur (1) et l'échantillon prélevé de façon étanche. Voici comment peut s'effectuer le transport de l'échantillon. Le tambour (53), la pompe (20) et les clefs (31 et 32) sont retirés. Le château (33) est soulevé et déplacé jusqu'à un récipient spécial et agréé pour transporter les déchets tel qu'un château Padirac contenant une poubelle DPTE. Ces produits sont fabriqués par la société La Calhène et aujourd'hui bien connus dans l'industrie nucléaire, de sorte que l'on 11 n'en fera qu'une description très succincte au moyen de la figure 7. Un château Padirac (57) comprend une enveloppe (58) à ouverture supérieure (dans la position de transfert) qui peut être ouverte ou fermée par une porte coulissante appelée clavette (59). Une poubelle DPTE (60) comprend une partie principale (61) ajustée dans la cavité de l'enveloppe (58) et un couvercle (62) qui peut être assemblé à la partie principale (61) ou saisi par la clavette (59). L'enveloppe (58), la clavette (59), la partie principale (61) et le couvercle (62) sont chacun munis d'un joint d'étanchéité, et ces quatre joints peuvent être mis en contact avec toutes leurs lèvres concourantes de manière à passer d'un état dans lequel le château Padirac (57) et la poubelle DPTE (60) sont tous deux fermés de façon étanche à un état dans lequel la partie principale (61) est assemblée de façon étanche à l'enveloppe (58) et le couvercle (62) est assemblé de façon étanche à la clavette (59). Pour les besoins de l'invention, la clavette (59) est prolongée par une clavette (63) de construction analogue, représentée à la figure 8, pouvant notamment coulisser sur l'enveloppe (58), mais qui n'est pas destinée à recueillir le couvercle (62) mais à soutenir le château (33) : elle est à cet effet munie de pions (64) entre lesquels la boîte (34) peut être posée, et un trou (65) traversant la clavette (63) entre les pions (64). Quand le couvercle (62) a été saisi par la clavette (59) habituelle, celle-ci est repoussée et la clavette (63) nouvelle va à sa place, le trou (65) au-dessus de la partie principale (61) de la poubelle (60). L'opercule (37) est ouvert, puis le tournant inférieur (25), le préleveur (1) tombe dans la poubelle (60) et le château Padirac (57), la poubelle DPTE (60) est refermée de façon étanche par le mécanisme de manoeuvre de son bouchon intégré dans la clavette (63). Le château (33) de l'invention et la clavette nouvelle (63) sont retirés, la clavette habituelle (59) remise en place et la poubelle (60) peut être refermée. L'échantillon est alors parfaitement en sécurité et peut être transporté dans un laboratoire d'analyses ou ailleurs. REVENDICATIONS1. Préleveur (1) d'échantillons, comprenant une enveloppe (2) cylindrique, une ouverture (10) à une extrémité de l'enveloppe, un bouchon (9) apte à clore l'ouverture, un piston (4) mobile dans l'enveloppe et comprenant une tige (5) et un premier clapet (6) délimitant une chambre de prélèvement (8) avec l'enveloppe et l'ouverture, caractérisé en ce qu'il comprend un second clapet (7) opposé au premier clapet sur la tige, une cloison fixe (3) située dans l'enveloppe et traversée par la tige, le second clapet et l'enveloppe délimitant une chambre de gonflage (11), un conduit de gonflage (19) débouchant dans la chambre de gonflage et menant à une installation de gonflage extérieure (21), et un mécanisme d'actionnement du bouchon commandé par le piston. 2. Préleveur d'échantillon selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme d'actionnement du bouchon comprend des tirants (13) disposés le long de l'enveloppe, une coupelle (14) opposée au bouchon (9) sur l'enveloppe, les tirants reliant la coupelle au bouchon, et en ce que la coupelle s'étend sur une ouverture de l'enveloppe, et le piston comprend une portion de contact (18) avec la coupelle et d'entraînement de la coupelle. 3. Préleveur d'échantillons selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mécanisme d'actionnement du bouchon comprend encore un ressort 14 (15) monté autour de l'enveloppe et comprimé entre le bouchon et une saillie (16) de l'enveloppe. 4. Préleveur d'échantillons selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le conduit de gonflage (19) est assemblé à une extrémité (17) de la tige du piston et débouche dans un perçage (20) de la tige qui s'étend au-delà du second clapet et débouche dans la chambre de gonflage (11). 5. Préleveur d'échantillons selon la revendication 4, caractérisé en ce que le conduit de gonflage fait office de câble de suspension du préleveur, et aboutit à un tambour de levage (53). 6. Appareillage de prélèvement d'échantillons, caractérisé en ce qu'il comprend un préleveur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, un château blindé (33) et un conteneur (22) cylindrique logé dans le château et logeant le préleveur, le château comportant une ouverture inférieure de passage du conteneur pouvant être close par un opercule (37), le conteneur (22) comportant une ouverture inférieure (27) de passage du préleveur pouvant être close par un tournant (25), et une ouverture supérieure (28) de passage du conduit de gonflage (19) et pouvant être close par un autre tournant (16), les ouvertures du conteneur étant alignées avec l'ouverture (66) du château (33) quand le conteneur est logé dans le château. 7. Appareillage de prélèvement d'échantillons selon la revendication 6, caractérisé en 15 ce que le château comporte deux perçages (43, 44) de passage de clefs (31, 32) de rotation des tournants. 8. Appareillage de prélèvement d'échantillons selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le château comporte un perçage (50) de passage du conduit de gonflage traversant une paroi supérieure du château et une fente (45) traversant une paroi latérale du château sous le couvercle. 9. Appareillage de prélèvement d'échantillons selon les revendications 5 et 8, caractérisé en ce que le tambour (53) est monté sur le couvercle. 10. Appareillage de prélèvement d'échantillons selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le château comporte une paroi latérale (35) formée de couches cylindriques concentriques, les couches cylindriques comprenant une couche interne (40) fixée à une boîte (34) inférieure du château, comprenant l'orifice inférieur et l'opercule, et des couches amovibles (41, 42). 11. Appareillage de prélèvement d'échantillons selon la revendication 10, caractérisé en ce que le château comprend un couvercle (36) formé d'une plaque (45) couvrant la paroi latérale et montée de façon démontable à une portion (48) du château fixée à la boîte inférieure, et une portion de surépaisseur 16 (46) située sous la plaque et en appui sur la couche interne de la paroi latérale.5