Brevet FR3101558A1 — publié le 20210409

Procédé pour décontaminer une pièce métallique contenant un gaz par irradiation laser dans un milieu liquide La présente invention concerne un procédé pour décontaminer une pièce métallique contenant un gaz dans un milieu liquide ainsi qu’un dispositif pour la mise en œuvre de ce procédé de décontamination. Le procédé selon l’invention concerne un procédé pour décontaminer une pièce métallique contenant un gaz par irradiation laser dans un milieu liquide, dans lequel on dispose la pièce métallique dans le milieu liquide, on dispose dans le milieu liquide une interface en verre apte à laisser passer la longueur d’ondes d’un faisceau laser pulsé, à une distance comprise entre 10 mm et 250 mm de ladite pièce, on dispose dans le milieu liquide, tout ou partie d’un système de circulation du milieu liquide apte à diriger le milieu liquide situé entre l’interface et la pièce métallique le long de ladite pièce, on applique sur la pièce métallique un faisceau d’un laser pulsé émettant à une longueur d’ondes comprise entre 1000 et 1080 nm, avec une fluence comprise entre 30 et 200 J/cm2, un pic de puissance compris entre 1,2 et 7,5 kW, avec une vitesse de déplacement compris entre 3000 et 20 000 mm/secondes. Procédé pour décontaminer une pièce métallique contenant un gaz par irradiation laser dans un milieu liquide La présente invention concerne la décontamination laser d’une pièce métallique contenant un gaz, en particulier dans le domaine nucléaire. En particulier la présente invention concerne un procédé pour décontaminer une pièce métallique contenant un gaz pouvant être radioactif, par irradiation laser dans un milieu liquide ainsi qu’un dispositif pour la mise en œuvre de ce procédé de décontamination. Dans le domaine de l’industrie nucléaire, les pièces métalliques présentes au sein des installations nucléaires et notamment au contact du fluide caloporteur comprenant des composés radioactifs, peuvent se retrouver contaminées par des substances radioactives. Cette contamination peut être en surface ou en interne. Pour éviter la contamination de l’environnement lors du démantèlement des installations nucléaires ou encore pour limiter l’exposition humaine à la radioactivité émise par ces pièces lors des activités de maintenance ou de démantèlement de ces installations, il est souvent nécessaire de décontaminer les pièces métalliques présentes dans ces installations. Diverses solutions existent à ce jour pour décontaminer la surface radioactive de pièces métalliques, par exemple à l’aide d’agents chimiques, par des techniques hydromécaniques à base de jets d’eau à haute pression, ou encore à l’aide de lasers. On peut aussi faire référence au procédé de décontamination par laser pulsé effectué sous air tel que décrit dans EP0091646 qui permet de décontaminer une fine épaisseur de la contamination à la surface des déchets métalliques et non pas en interne et dont l’application du laser a tendance à créer une zone fondue sur cette surface sur laquelle les aérosols radioactifs produits ont tendance à se déposer à nouveau. Parmi les substances radioactives pouvant contaminer les pièces métalliques présentes au sein des installations nucléaires que ce soit dans les réacteurs nucléaires, dans les installations de fusion nucléaire, ou dans les usines de traitement de combustibles usés, on retrouve les gaz radioactifs tels que le tritium ( 3 H) qui est l’isotope radioactif de l’hydrogène et qui est capable de diffuser dans la matière pour se retrouver dans le métal de base de la pièce métallique. L’essentiel des déchets tritiés se trouve sous forme solide et résulte des activités liées à la défense, des activités de recherche du Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, et prochainement des activités de fonctionnement et de démantèlement de la machine de fusion ITER « réacteur thermonucléaire expérimental international » qui est un projet de réacteur nucléaire par fusion nucléaire, utilisant le deutérium et le tritium comme combustible. Du fait de la capacité du tritium à diffuser dans la matière, la gestion des déchets tritiés par confinement est délicate et les techniques de décontamination en surface des déchets notamment métalliques ne sont pas appropriées. La gestion des déchets métalliques tritiés prévoit le stockage final de ces déchets, il est toutefois nécessaire de soumettre en amont ces déchets à des traitements pour diminuer leur teneur en tritium et leur taux de dégazage. Ces traitements peuvent simplement consister à découper puis entreposer ces déchets dans une installation en amont et / ou à les soumettre à des traitements thermiques ou de fusion. On peut par exemple faire référence au procédé décrit dans EP0204634 qui propose de faire fondre les déchets métalliques tritiés, d’en extraire les gaz adsorbés dans la masse de déchets et de les soumettre à un traitement de détritiation. La mise en œuvre de ce procédé nécessite toutefois de s’assurer de la collecte des gaz radioactifs émis afin qu’ils ne se dispersent pas dans l’air ou dans les pièces environnantes ou qu’ils ne contaminent pas à nouveau les déchets métalliques. Il existe donc un besoin de disposer d’une solution permettant de décontaminer efficacement les déchets métalliques contenant un gaz radioactif tel que le tritium, tout en limitant les risques de dispersion dans l’air de ce gaz et donc les risques de contamination environnementale et humaine. Il existe également un besoin de prévenir et/ou de limiter les risques de redépôt du gaz radioactif sur et dans les déchets métalliques et les pièces environnantes. Ainsi, la présente demande a pour objectif de proposer une solution permettant de décontaminer efficacement une pièce métallique contenant un gaz pouvant être radioactif, c’est-à-dire dont le métal de base a adsorbé ce gaz, en réduisant les risques de dispersion du gaz dans l’air et la nouvelle contamination de la pièce par le redépôt des particules de gaz sur la surface de la pièce et sa diffusion dans la matière. Pour ce faire, la présente invention propose un procédé pour décontaminer une pièce métallique contenant un gaz par irradiation laser dans un milieu liquide et un dispositif pour la mise en œuvre de ce procédé. Un premier objet de l’invention concerne un procédé pour décontaminer une pièce métallique contenant un gaz par irradiation laser dans un milieu liquide, dans lequel - on dispose la pièce métallique dans le milieu liquide - on dispose dans le milieu liquide une interface en verre apte à laisser passer la longueur d’ondes d’un faisceau laser pulsé, l’interface étant disposée entre la pièce métallique et ledit faisceau, à une distance comprise entre 10 mm et 250 mm de ladite pièce - on dispose dans le milieu liquide, tout ou partie d’un système de circulation du milieu liquide apte à diriger le milieu liquide situé entre l’interface et la pièce métallique, le long de ladite pièce - on applique sur la pièce métallique un faisceau d’un laser pulsé émettant à une longueur d’ondes comprise entre 1000 et 1080 nm, avec une fluence comprise entre 30 et 200 J/cm 2 et un pic de puissance compris entre 1,2 et 7,5 kW, ledit faisceau étant appliqué sur la pièce métallique avec une vitesse de déplacement compris entre 3000 et 20 000 mm/secondes. Un second objet de l’invention concerne un dispositif pour décontaminer une pièce métallique contenant un gaz par laser dans un milieu liquide, comprenant : - un compartiment comprenant un milieu liquide dans lequel la pièce métallique est destinée à être immergée, - un laser pulsé apte à émettre un faisceau laser pulsé à une longueur d’ondes comprise entre 1000 et 1080 nm, avec une fluence comprise entre 30 et 200 J/cm 2 et un pic de puissance compris entre 1,2 et 7,5 kW, ledit laser comprenant une tête d’irradiation - une interface en verre apte à laisser passer la longueur d’ondes du faisceau laser pulsé, destinée à être disposée entre la pièce métallique et ledit faisceau et à être immergée dans le milieu liquide - un système de circulation du milieu liquide dont tout ou partie est destiné à être disposé entre ladite pièce et l’interface en verre, apte à diriger le milieu liquide situé entre l’interface et la pièce métallique, le long de ladite pièce. La figure 1 représente un schéma du dispositif selon la présente invention mis en œuvre selon un mode non immergé dans le milieu liquide. On y distingue, la pièce métallique (1), le milieu liquide (2), le compartiment comprenant le milieu liquide (3), la tête du laser pulsé (4), l’interface en verre (5), la buse (6), le moteur (7), le système de circulation (8), le support d’accroche (9). La figure 2 représente un schéma du dispositif selon la présente invention mis en œuvre selon un mode immergé dans le milieu liquide. On y distingue, la pièce métallique (1), le milieu liquide (2), le compartiment comprenant le milieu liquide (3), la tête du laser pulsé (4), l’interface en verre (5), la buse (6), le moteur (7), le système de circulation (8), le support d’accroche (9) et le compartiment étanche (10). Procédé pour décontaminer une pièce métallique contenant un gaz par irradiation laser dans un milieu liquide, dans lequel - on dispose la pièce métallique dans le milieu liquide - on dispose dans le milieu liquide une interface en verre apte à laisser passer la longueur d’ondes d’un faisceau laser pulsé, l’interface étant disposée entre la pièce métallique et ledit faisceau, à une distance comprise entre 10 mm et 250 mm de ladite pièce - on dispose dans le milieu liquide, tout ou partie d’un système de circulation du milieu liquide apte à diriger le milieu liquide situé entre l’interface et la pièce métallique, le long de ladite pièce - on applique sur la pièce métallique un faisceau d’un laser pulsé émettant à une longueur d’ondes comprise entre 1000 et 1080 nm, avec une fluence comprise entre 30 et 200 J/cm 2 et un pic de puissance compris entre 1,2 et 7,5 kW, ledit faisceau étant appliqué sur la pièce métallique avec une vitesse de déplacement compris entre 3000 et 20 000 mm/secondes. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la longueur d’ondes est de 1064 nm, la fluence est comprise entre 50 et 150 J/cm 2 , le pic de puissance est compris entre 2 et 4 kW, et la vitesse de déplacement est comprise entre 3000 et 20 000 mm/secondes. Procédé selon l’une des revendications 1 à 2 dans lequel on applique le faisceau laser sur la pièce entre 10 et 150 fois au même endroit, de préférence entre 30 et 100 fois. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel, le milieu liquide est de l’eau, l’interface en verre est disposée dans l’eau à une distance comprise entre 10 et 50 mm de ladite pièce, la longueur d’ondes est de 1064 nm, la fluence est comprise entre 100 et 150 J/cm 2 , le pic de puissance est compris entre 2 et 4 kW et le faisceau laser est appliqué entre 30 et 60 fois sur la pièce métallique avec une vitesse de déplacement comprise entre 5000 et 10 000 mm/secondes. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le système de circulation du liquide comprend un moteur et une buse, ladite buse étant immergée dans le milieu liquide et située entre l’interface et la pièce métallique, selon un axe parallèle à la pièce métallique. Dispositif pour décontaminer une pièce métallique contenant un gaz par laser dans un milieu liquide, comprenant : - un compartiment (3) comprenant un milieu liquide dans lequel la pièce métallique est destinée à être immergée, - un laser pulsé apte à émettre un faisceau laser pulsé à une longueur d’ondes comprise entre 1000 et 1080 nm, avec une fluence comprise entre 30 et 200 J/cm 2 et un pic de puissance compris entre 1,2 et 7,5 kW, ledit laser comprenant une tête d’irradiation (4) - une interface en verre (5) apte à laisser passer la longueur d’ondes du faisceau laser pulsé, destinée à être disposée entre la pièce métallique et ledit faisceau, et à être immergée dans le milieu liquide (2) - un système de circulation du milieu liquide (8) dont tout ou partie est destiné à être disposé entre ladite pièce et l’interface en verre, apte à diriger le milieu liquide situé entre l’interface (5) et la pièce métallique (1), le long de ladite pièce. Dispositif selon la revendication 6 dans lequel l’interface en verre (5) est reliée de façon permanente ou amovible à la tête d’irradiation du laser pulsé (4) par un système d’accroche (9) ou intégrée à la tête d’irradiation du laser, de préférence sur la face avant de ladite tête. Dispositif selon l’une des revendications 6 ou 7 dans lequel la tête d’irradiation (4) est entourée d’un compartiment étanche (10). Dispositif selon l’une des revendications 6 à 8 dans lequel le système de circulation du milieu liquide (8) comprend un moteur (7) et une buse (6), ladite buse étant destinée à être immergée dans le milieu liquide (2) et disposée entre l’interface (5) et la pièce métallique (1), selon un axe parallèle à la pièce métallique. Dispositif selon l’une des revendications 6 à 9 comprenant un système de collecte du liquide comprenant un conduit dont l’une des extrémités communique avec le milieu liquide et l’autre extrémité communique avec un compartiment de collecte du liquide, et une pompe reliée directement ou indirectement audit conduit et apte à aspirer le liquide.