EP0864162B1 - Installation de demantelement a distance de structures irradiees - Google Patents

Description

Le sujet de l'invention est une installation de démantèlement à distance de structures irradiées.

Dans les opérations de démantèlement ou parfois de maintenance d'installations nucléaires, on souhaite procéder à des découpes à distance, sous eau ou hors d'eau, de structures métalliques de dimensions importantes, contaminées parfois à forte activité et pouvant atteindre des épaisseurs de 200 mm ou plus, et tout cela généralement sans possibilité d'observation directe. Il faut en effet réaliser autant que possible les opérations de découpage à distance afin de s'affranchir de l'irradiation que sinon les agents d'intervention subiraient. Cela implique la conception d'un outil non seulement capable de travailler automatiquement, mais aussi de récupérer les particules, copeaux, débris, aérosols, etc. qu'un découpage ne manque pas de produire.

Plusieurs procédés ont déjà été conçus en fonction de ces exigences, et deux d'entre eux sont exposés dans les brevets français 2 638 671 et 2 678 198 : on y utilise, tout comme dans l'invention, un jet de liquide abrasif à haute pression comme moyen commode et sûr de couper des pièces très épaisses, et des moyens sont prévus pour déplacer la pièce découpée devant le jet ; dans le premier de ces brevets, on expose en plus une façon de récupérer les débris de coupe et le sable utilisé comme abrasif, afin de les verser dans des fûts où ils sont emmagasinés pour la durée voulue, le sable servant alors de matière d'enrobage des débris et des particules contaminées.

Ces procédés pèchent cependant par une certaine insuffisance des possibilités de découpage, surtout à cause de limitations qu'on observe sur les mouvements de la buse d'éjection, et qui condamnent les installations à ne travailler que sur des structures de forme déterminée ; et il est peut-être encore plus gênant de constater que les morceaux de structure obtenus après la découpe sont parfois difficiles à répartir convenablement dans les fûts, car certains se révèlent excessivement contaminés, et la seule solution est alors de les envoyer dans des installations spéciales de stockage pour un coût beaucoup plus important, si toutefois cela est autorisé.

L'article d'Echert « Abrasive water jet cutting of thick concrete and water jet cleaning for nuclear facility decommissioning and decontamination », paru dans les Proceedings of the 1987 international decommissioning symposium, (Pittsburg, USA, 4 au 8 octobre 1987) décrit une installation de démantèlement de structures irradiées où les opérations de découpage et de décontamination sont menées successivement par des appareils indépendants qui ne permettent pas de rationaliser la décontamination ; on se contente d'arracher une épaisseur uniforme et assez importante à la surface de la structure. L'article de Drews et Fuchs « Development of measuring and control systems for underwater cutting of radioactive components », paru dans « Decommissioning of nuclear installations » (EUR 12690, Bruxelles, 24 au 27 octobre 1989), décrit un dispositif de reconnaissance des formes d'une pièce immergée, dans une installation de démantèlement de structures irradiées.

L'invention repose donc essentiellement sur les idées de rendre l'outil de projection de jet de liquide abrasif plus mobile et d'adjoindre à l'installation des moyens de mesure et de réduction de contamination des structures à découper.

Un autre aspect de l'invention est la possibilité de garantir un bon fonctionnement en s'assurant que le découpage est fait convenablement ; on peut alors adjoindre à l'installation, outre des caméras ou des moyens d'observation à distance, un palpeur ou un autre détecteur de la structure afin de reconnaítre sa position ou sa forme et de régler la trajectoire de l'outil de découpage, même si on peut disposer d'une information de départ fournie par un plan ou un autre moyen.

On s'assure encore de la possibilité de recueillir les résidus du découpage au lieu de les laisser se disperser autour de l'installation.

Pour résumer, l'invention est relative à une installation de démantèlement de structures irradiées comprenant un support de la structure, un module porteur d'une tête de découpage appartenant à un appareil de projection d'eau sous pression et de particules abrasives, caractérisée en ce que le module est mobile devant la structure et orientable, et en ce qu'il porte un capteur de distance de la structure, un dosimètre et un appareil de décontamination.

On va maintenant découvrir plus nettement ces aspects et éléments de l'invention ainsi que d'autres au moyen du commentaire des figures suivantes, qui sont données à titre illustratif et non limitatif :

• la figure 1 représente une disposition d'ensemble d'une première réalisation de l'invention ;
• la figure 2 représente la tête de découpage ;
• la figure 3 est une coupe de la buse de jet de liquide abrasif ;
• la figure 4 représente plus complètement un dispositif de récupération des résidus de découpage ;
• et la figure 5 illustre schématiquement une deuxième réalisation de l'invention.

On va maintenant décrire la figure 1 en liaison avec les figures 2 et 3. De l'eau déminéralisée utilisée comme agent de découpage arrive du réseau de distribution de l'usine à laquelle l'installation appartient par une tuyauterie 1, sur laquelle on peut trouver une motopompe d'alimentation 2, puis une batterie de filtres 3, avant un amplificateur de pression 6 qui porte l'eau à 4000 bars. La tuyauterie 1 est prolongée par une canalisation à haute pression 5 à la sortie de l'amplificateur de pression 6, qui est composée successivement d'un collecteur 7 porteur d'un manomètre 8 de vérification de pression et d'un joint tournant 9, puis d'une tuyauterie 11 pourvue d'une vanne 12. Le but du joint tournant 9 est de permettre de déplacer la tuyauterie 11 par rapport au collecteur 7 pour les raisons qu'on va bientôt voir ; la tuyauterie 11, dont une extrémité est à l'air libre comme les éléments de l'installation dont la description précède, plonge ensuite dans une excavation dont le fond forme une piscine 10 où le découpage a lieu. Dans la réalisation présente, la piscine 10 est remplie d'eau pour une plus grande sécurité, mais cela n'est pas indispensable si d'autres précautions sont prises pour protéger l'extérieur de la contamination ; une installation retouchée pour fonctionner hors d'eau sera d'ailleurs décrite plus loin.

La paroi de l'excavation porte deux paires de bras de soutien 13 verticaux entre lesquels une passerelle 15 horizontale est jetée. Un chariot 17 est mobile le long de la passerelle 15, dont la face supérieure forme des glissières s'étendant dans une direction notée Y, et il est surmonté d'une tourelle 81 destinée à soutenir un bras télescopique 16 vertical qui s'étend à travers elle. La tourelle 81 permet au bras télescopique 16 de coulisser suivant la direction verticale Z et de tourner autour de cette direction Z sur un cercle complet . Le bras télescopique 16 s'étend au-dessous de la passerelle 15, et se termine par un poignet 18 immergé dans l'eau de la piscine 10. Les bras sont mobiles dans une direction X horizontale et perpendiculaire à la direction Y en glissant sur des rails 14 ménagés sur la paroi de l'excavation. Pour assurer ces différents mouvements, on utilise des mécanismes habituels à moteur, pignon, crémaillère et roulements et patins de glissement qui ne sont pas représentés. Les moteurs sont cependant commandés, comme le reste de l'installation, par une armoire de commande 4 disposée au-dessus de l'excavation et manipulée par un opérateur. Si on se reporte à la figure 2, on voit que l'extrémité inférieure du bras télescopique 16 porte une caméra vidéo 19 dirigée obliquement vers la zone de découpage, juste au-dessus du poignet 18 ; une autre caméra vidéo 19' est suspendue à la passerelle 15 en arrière du poignet 18 et dirigée sensiblement dans la direction de la précédente pour permettre d'observer plus globalement l'exécution du procédé.

Une tuyauterie flexible 20 à haute pression court le long du bras télescopique 16 et s'étend à côté du poignet 18 jusqu'à une buse 25 d'éjection à l'extrémité de ce dernier. Cette tuyauterie flexible 20 constitue l'extrémité de la canalisation à haute pression 5. La tuyauterie 11 est en fait composée de deux tronçons rigides 82 et 83 respectivement solidaires de la passerelle 15 et du bras télescopique 16, et qui sont reliés par un second joint tournant 84, qui est comme le précédent 9 un tronçon souple de tuyauterie apte à se déformer selon les mouvements de l'installation. Le premier tronçon rigide 82 est celui qui aboutit au premier joint tournant 9, et le second finit à la tuyauterie flexible 20. Sa souplesse permet d'incliner un porte-buse 24 situé au bout du poignet 18, auquel il est uni par un dispositif d'articulation muni d'un moteur à boítier imperméable à l'eau et, à l'extérieur, d'un secteur cranté 23 tournant avec le porte-buse 24 et dans les crans duquel un doigt de verrouillage 22 est repoussé par un vérin hydraulique 21 solidaire du poignet 18. La buse 25 est ainsi placée à l'inclinaison souhaitée par l'action du moteur et maintenue par l'engagement du doigt de verrouillage 22 dans le cran souhaité. Cette possibilité de mouvoir le porte-buse 24 autour d'un axe horizontal sur un demi-cercle, entre les deux sens verticaux, jointe à celle de tourner le bras télescopique 16 sur un cercle complet, permet de placer la buse 25 dans n'importe quelle orientation.

La tuyauterie flexible 20 aboutit dans la buse 25 et, comme on le voit bien sur la figure 3, elle finit devant une buse de lançage 26 en saphir ou céramique qui forme approximativement la section du jet d'eau qui en sort ; un guide-jet 27 placé à la sortie de la buse 25 et séparé de la buse de lançage 26 par une chambre 28 retient les gouttes erratiques ; et c'est dans la chambre 28 qu'aboutit, obliquement à l'axe du jet, un conduit 29 d'alimentation en sable dont le contenu se mêle à cet endroit à l'eau du jet, qui a donc acquis une capacité d'abrasion à la sortie de la buse 25. On revient à la figure 1 pour la description du reste du réseau d'alimentation en sable : le conduit 29 est un conduit de sortie d'une trémie 30 qui le surmonte et est portée par le bras télescopique 16 à son sommet ; la trémie 30 est une trémie de petite capacité (quelques litres) destinée à la régularisation de l'alimentation, et une grande trémie 31 s'étendant au-dessus de l'excavation l'alimente par un conduit 32 à large section. Les conduits 29 et 32 sont munis de vannes 85 et 86 ouvertes et fermées depuis l'armoire de commande 4.

L'eau et le sable du jet aboutissent à une structure 34 à découper, préalablement posée sur une table 35 établie au-dessus du fond de la piscine 10. Un élément intéressant de l'invention est un palpeur à induction terminé par un tube 37 dont une partie est un aimant permanent et qui s'étend au bout du porte-buse 24 : ce palpeur, que le jet d'eau abrasif traverse, est utilisé pour reconnaítre par contact la forme et la position de la structure 34, qu'on ne connaít pas forcément à l'avance : le tube 37 est alors avancé vers la structure 34 jusqu'à la toucher en un certain nombre de points, dont la position est communiquée à l'armoire de commande 4. On utilise pour cela tous les déplacements disponibles du porte-buse 24 par l'intermédiaire des mécanismes qui le relient aux parties fixes de l'installation. Les courses disponibles dans les trois directions X, Y et Z sont en pratique de plusieurs mètres pour que la buse 25 puisse faire le tour de la structure 34 ; les palpages concernent toutes les faces de celle-ci puisque le porte-buse 24 est orientable dans toutes les directions. Le contact de la structure 34 est détecté par un capteur magnétique fixé à la buse 25, sensible au déplacement du tube 37, qui est autrement repoussé vers une position sortie par un ressort 36 disposé derrière lui et s'appuyant sur la structure du porte-buse 24, autour de la buse 25.

Le jet d'eau abrasif est donc projeté vers la structure 34 selon une trajectoire décidée par l'opérateur de l'armoire de commande 4 et qui peut tenir compte de plans de la structure 34, des observations par les caméras 19 et 19' et des informations fournies par le palpeur à induction. On sait qu'un liquide à pression suffisante coupe assez facilement certains matériaux, et qu'il peut même couper des matériaux très durs et très épais de toute nature si on lui ajoute des particules d'abrasif. Il est cependant utile de récupérer ces particules, ainsi que les résidus de découpage comme on l'a déjà signalé. On utilise à cet effet un dispositif situé à l'arrière de la structure 34 par rapport à la buse 25, dans la direction du jet d'eau, et qui consiste en un châssis 38 porteur de roues 39 pouvant servir d'appui et de guidage à la structure 34 quand elle est descendue et d'une pompe 40 terminée par un cornet de collecte 41 s'ouvrant en direction de la structure 34 et du jet : l'eau, le sable et les résidus de découpage sont aspirés par la pompe 40 dans le cornet 41 et sortent de la piscine 10 pour couler dans une tuyauterie en boucle, qui renvoie l'eau à la piscine 10 après l'avoir purifiée et filtrée. Plus concrètement, comme on le représente à la figure 4, la tuyauterie en boucle comprend un tronçon d'entrée 42 qui aboutit à un filtre à sable 43, débouche dans son sommet et se termine par un disperseur 55 qui égaille l'eau et son contenu sur un lit de sable 56 couvrant un tamis répartiteur 57 ; l'eau débarrassée de ses plus grosses particules - retenues par le tamis 57 et le lit de sable 56- coule au fond du filtre à sable 43 et emprunte un tronçon intermédiaire 44 de la tuyauterie en boucle jusqu'au fond du filtre à bougies 45, dans lequel elle s'élève en traversant une sorte de crépine 87 munie de trous occupés par des cartouches poreuses de forme cylindrique emplies de résine broyée formant les bougies de filtrage 59. Des perforations permettent à l'eau de traverser la crépine 87 à l'emplacement des bougies de filtrage 59 en se déchargeant des dernières particules dans la résine ; elle entre alors dans un tronçon de sortie 46 de la tuyauterie en boucle et revient à la piscine 10.

Il faut cependant nettoyer les filtres 43 et 45 périodiquement des impuretés qui finissent par les colmater. Pour cela, on les isole du reste de la tuyauterie en boucle en fermant des vannes 54, 58 et 60 respectivement placées sur les tronçons 42, 44 et 46. Le filtre à sable 43 est nettoyé par un lavage d'eau provenant d'un bassin 61 et s'élevant dans une conduite de lavage 67 qui débouche au fond du filtre grâce à l'action d'une pompe 62, après qu'on a ouvert une vanne 63 ; l'eau de lavage traverse le lit de sable 56 vers le haut et coule dans une conduite de vidange 68 qui débouche au sommet du filtre 43 et dont la vanne 69 de fermeture a été ouverte. Les impuretés sont entraínées et rejetées dans un décanteur 80 au bout de la conduite de vidange 68. L'efficacité du lavage peut être accrue par l'action d'un surpresseur 64 qui est relié au fond du filtre à sable 43 et y crée donc une surpression d'air, par l'intermédiaire d'une conduite d'air 65 que ferme une vanne 66 hors des périodes d'utilisation.

Les bougies 59 sont suspendues à la crépine 87 par une liaison à faible résistance. Elles peuvent être évacuées, avec les impuretés qu'elles retiennent, en les aspirant par une autre conduite de vidange 70 dont la vanne 71 de fermeture vient d'être ouverte : le contenu liquide du filtre à bougies 45 qui les surmonte les fait tomber à travers cette conduite 70 jusqu'à un autre bac de décantation 72. Des bougies 59 neuves sont ensuites installées à la place des précédentes.

On revient maintenant à la figure 2 pour illustrer d'autres éléments du poignet 18. Il s'agit d'un dosimètre 49 dirigé vers la structure 34 et qui mesure sa contamination ; en fonction du résultat trouvé, on peut mettre en action un appareil de décontamination 51, dont l'élément actif est un tourniquet 52 formé d'un tube terminé à ses extrémités opposées par deux buses 53 placées obliquement et dans des directions opposées, de sorte qu'un débit d'eau provenant d'une dérivation 50 de la tuyauterie flexible 20 et parcourant ensuite l'intérieur du tourniquet 52 exerce un couple de rotation sur lui, qui le fait tourner sur la base de l'appareil de décontamination 51 : un jet d'eau tournant est projeté à forte pression ; bien entendu, l'appareil de décontamination 51 est disposé de façon que ce jet ne soit jamais intercepté par des éléments du bras télescopique 16, du poignet 18 ou du porte-buse 24, ni par des éléments qui leur sont connexes. Au contraire, le jet parcourt un plan situé à côté du poignet 18 et du porte-buse 24 et va donc frapper la structure 34 sur une partie de sa course angulaire, ce qui la nettoie en partie des incrustations de produits radioactifs. L'appareil de décontamination 51 est avantageusement placé en avant de l'installation et pourra être placé près de la buse 25. De même, le dosimètre 49 devrait être placé aussi près que possible de la structure 34. Il est possible que la meilleure disposition comprenne une buse 25 entourée par le dosimètre 49 et le décontaminateur 51 sur ses deux côtés, la buse 25 étant légèrement en avant.

Après avoir reconnu la forme et la position de la structure 34 au moyen du palpeur à induction et préparé la trajectoire de découpage ou même pendant cette reconnaissance de forme (par la création un plan de découpage qui peut être suivie d'une étape de retouche de ce plan après la reconnaissance de forme et de position), on entreprend donc des mesures de la contamination de la structure 34 par le dosimètre 49 ; s'il est décidé qu'une décontamination est nécessaire, elle est faite avant le découpage et consiste donc à mettre le tourniquet 52 en marche devant les régions trop contaminées de la structure 34, jusqu'à ce que le dosimètre 49 détecte que la contamination est passée sous un seuil conventionnel. Si cela est nécessaire, on peut aussi procéder à une décontamination d'ensemble suivie de nouvelles mesures par le dosimètre 49, après lesquelles les endroits qui n'ont pas été décontaminés subissent de nouveau l'action du jet de l'appareil de décontamination 51. Le découpage de la structure 34 s'ensuit alors. Quand un morceau de la structure 34 est détaché, il est accroché à une élingue, soulevé et retiré de la piscine 10 et introduit dans un fût de stockage au moyen d'un pont roulant ou d'un appareil du même genre. Le rassemblement de l'appareil de décontamination 51, du dosimètre 49 et de la buse 25 sur un même engin mobile permet donc de décontaminer rapidement, de façon sûre et sélectivement la structure à découper, ce qui serait plus malaisé à accomplir avec un appareil séparé qu'on serait incité à faire fonctionner beaucoup plus longtemps pour plus de sûreté (faute de dosimètre pour mesurer la contamination initiale puis sa diminution, et faute de capteur pour être sûr de décontaminer à une distance suffisamment faible). L'invention permet de ne détacher aucune découpure dont la radioactivité soit supérieure à une valeur fixée, et dont le traitement serait ensuite problématique.

La figure 5 représente comment il est possible d'adapter l'invention pour la rendre utilisable à un procédé de découpage hors du confinement offert par le milieu aqueux d'une piscine. Certains des éléments sont inchangés et portent les mêmes références : il s'agit du porte-buse 24, du tube 37 du palpeur à induction, et des éléments responsables de la création du jet de liquide abrasif et du déplacement du porte-buse 24.

La structure 34 est désormais posée sur un dispositif brise-jet 101 en forme de cuvette dont le fond est hérissé de pyramides contre lesquelles l'eau rebondit et perd son énergie avant de couler entre elles au fond de la cuvette et de traverser un tamis de préfiltration 102 qui retient les plus grosses impuretés. L'eau entre alors dans un entonnoir 103 et de là dans un filtre 104 apte à arrêter les particules solides de diamètre compris entre 5 et 100 µm, qui restent dans une poche de tamisage 105, suspendue au-dessus du fond du filtre 104 et qui constitue son élément actif ; l'eau filtrée et purifiée sortie de la poche de tamisage 105 coule au fond du filtre 104 et est ensuite évacuée par une conduite 106 pouvant être fermée par une vanne 107 et qui aboutit à une installation de vidange ; l'ouverture périodique de la vanne 107 permet de vider le filtre 104 du liquide. Un autre élément essentiel qui a été modifié dans cette réalisation est l'agencement du dispositif de récupération par aspiration, qui aboutit ici à une cloche de confinement 100 entourant le porte-buse 24 de façon à couvrir une partie de la structure 34 correspondant à la zone de découpage.

Un cornet 108 débouche dans le volume entouré par la cloche de confinement 100 et permet d'en aspirer les aérosols de découpage ; son autre extrémité aboutit à un filtre cyclonique 109 muni d'une poche inférieure de tamisage 110 permettant de récupérer des particules de découpage et du sable ; l'eau coulant au-dessous de la poche 110 peut être vidée périodiquement du filtre cyclonique 109 par une conduite 111 menant à l'installation de vidange, quand une vanne 112 est ouverte. Dans cette circonstance, on ferme une vanne 113, disposée sur une tuyauterie d'aspiration 114, débouchant vers le sommet du filtre cyclonique 109 et par laquelle l'air encore humide quitte ce filtre pour arriver au séparateur air-eau 115 (dont le fond porte encore une tuyauterie 116 communiquant avec l'installation de vidange et pouvant être fermée par une vanne 117), où il est asséché. A la sortie du séparateur air-eau 115, l'air sec parcourt une tuyauterie 118, munie encore d'une vanne 119 pour arrêter l'aspiration si on le souhaite, et traverse un aspirateur 120 avant d'être expulsé dans une tuyauterie de sortie 121.

L'installation est apte à traiter complètement les parties d'installation nucléaires à démanteler, y compris celles qui sont les plus épaisses et ont la forme la plus compliquée ; le découpage peut être opéré sur les métaux, la céramique et le verre en particulier.

Claims (11)

1. Installation de démantèlement à distance de structures irradiées comprenant un support (35) de la structure (34), un module porteur d'une tête de découpage (24) appartenant à un appareil de projection d'eau sous pression et de particules abrasives, caractérisée en ce que le module est mobile devant la structure et orientable, et en ce qu'il porte un capteur de distance de la structure (36, 37), un dosimètre (49) et un appareil de décontamination (51).
2. Installation de démantèlement à distance de structures irradiées selon la revendication 1, caractérisée en ce que la structure et le module sont immergés dans un liquide.
3. Installation de démantèlement à distance de structures irradiées selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une caméra (19, 19') d'observation de la structure.
4. Installation de démantèlement à distance de structures irradiées selon la revendication 3, caractérisée en ce que la caméra d'observation est disposée de façon à observer le module mobile.
5. Installation de démantèlement à distance de structures irradiées selon la revendication 1, caractérisée en ce que le capteur de distance (36, 37) de la structure est un palpeur coaxial à la tête de découpage.
6. Installation de démantèlement à distance de structures irradiées selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tête de décontamination est un tourniquet (52) de projection d'eau sous pression.
7. Installation de démantèlement à distance de structures irradiées selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module mobile est mobile tout autour de la structure (34) et orientable dans toutes les directions.
8. Installation de démantèlement à distance de structure irradiées selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de récupération des particules abrasives et de résidus de découpage.
9. Installation de démantèlement à distance de structures irradiées selon la revendication 8, caractérisée en ce que le dispositif de récupération comprend des filtres (43, 45).
10. Installation de démantèlement à distance de structures irradiées selon la revendication 9, caractérisée en ce que le dispositif de récupération comprend des moyens de décolmatage des filtres par lavage.
11. Installation de démantèlement à distance de structures irradiées selon la revendication 8, caractérisée en ce que le dispositif de récupération comprend un brise-jet (101).

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