Etude de l'interaction laser-surface pour le développement de procédé de décontamination de surfaces métalliques avec fissures micrométriques par ablation laser

par Luisa Carvalho

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Alexandre Semerok.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Sciences Chimiques : Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes , en partenariat avec Service d'Etudes Analytiques et de Réactivité des Surfaces (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 19-10-2015 .


  • Résumé

    La décontamination par laser des surfaces métalliques qui conduit à une quantité réduite de déchets de manière totalement automatique est un enjeu important dans l'industrie nucléaire. Cette technique, développée au Laboratoire d'Ingénierie des Surfaces et Lasers, a fait l'objet de plusieurs brevets et un dispositif baptisé Aspilaser a déjà montré son efficacité dans divers chantiers. Cependant, les études ont été jusqu'alors limitées à des surface uniformes, alors que les défauts surfaciques sous formes de microfissures sont soupçonnés d'être à l'origine de contamination résiduelle. L'objectif est donc de prendre en compte l'état physico-chimique de la surface à l'échelle micrométrique et comparable à la longueur d'onde du laser (présence d'une couche d'oxyde, de fissures où la contamination est majoritairement présente). L'interaction laser/surface contaminée en fonction des paramètres laser (puissance, longueur d'onde, durée, cadence des impulsions) et l'influence de l'environnement (pression atmosphérique ou réduite, type de gaz, surface immergée dans un liquide) seront étudiées. La contamination résiduelle de la surface d'un acier inoxydable modèle (AISI 304L) sera simulée par des isotopes non radioactifs. A cette surface seront intégrées des fissures micrométriques de différentes profondeurs et de formes. Le modèle de chauffage et d'ablation des fissures sur une surface métallique avec la validation expérimentale par chauffage/ablation laser devra être réalisé et appliqué pour analyser les caractéristiques de la décontamination.

  • Titre traduit

    Study of the interaction laser surface for the development of a process of decontamination of metallic surfaces with microcracks by laser ablation


  • Résumé

    The decontamination of metallic surfaces by laser, which leads to a reduced quantity of waste in an automatically way, is an important issue in nuclear industry. This technique, developed at the Laboratory of Surfaces and Lasers Engineery, is subject to many patents and a device called Aspilaser has already demonstrated its effectiveness in several worksites. However the studies were limited to homogeneous surfaces while the residual contamination seems to be the result of surfaces defects. Therefore the objective is to take into account the physical and chemical state of the surface in the micrometrical scale and in a scale comparable to the wavelength of the laser (presence of an oxide layer, of cracks where the contamination is mainly found). The interaction laser/contaminated surface depending on the laser parameters (power, wavelength, duration, impulsion frequency) and the environment influence (atmospheric pressure, nature of gaze, surface submerged in a liquid) will be studied. The residual contamination of the surface of a stainless steel pattern (AISI 304L) will be simulated with non-radioactive isotopes. To this surface several cracks with different shapes and depth will be integrated. In order to analyse the characteristics of the decontamination, the model of heating and ablation of cracks on a metallic surface with experimental validation by heating/ablation will be made and applied.