Des robots complémentaires, la chirurgie de l’Assainissement Démantèlement

Dès l’origine, les pionniers de l’industrie nucléaire ont développé des dispositifs robotisés pour réduire l’exposition des opérateurs aux rayonnements ionisants et, plus classiquement, suppléer l’homme pour les tâches industrielles pénibles. Les moyens robotisés sont nécessaires dans la phase d’exploitation de l’installation puis dans le cadre des opérations d’Assainissement & Démantèlement (A&D), qui consistent à retirer la radioactivité retenue dans les équipements de l’usine puis déposer et conditionner les équipements dans des colis de déchets.

Profitant de l’expérience acquise dans la phase d’exploitation et des progrès de la robotique, il est permis d’envisager la limitation de la présence de l’homme en milieu industriel. Dans cette perspective proche, le CEA a engagé des travaux de de recherche et de développement et, en vue de disposer d’équipements aptes à assurer un ensemble de missions (Tableau 1) qui débute par la maîtrise de la scène opératoire, se poursuit par l’assainissement et le démantèlement proprement dit et se termine par le soutien à la gestion du « produit fini » : en l’occurrence les colis de déchets et les installations dépourvues de radioactivité ajoutée.

Missions Objectifs techniques Spécificités techniques/technos
Investigation radiologique, physico chimique et dimensionnelle Réalisation d’un état initial de la scène d’opération (qualité de la matière première) Robot capteurs compatible avec les contraintes radiologiques (durci) et le terrain d’intervention
Assainissement Réduction de la contamination (Bq) Actions mécaniques
Diffusion/Aspiration de produits, mode autonome et continu
Démantèlement (hors présence de l’homme) Découpe de composants (volume, masse), reprise des pièces découpées A distance (télé opéré), équipés d’outils de découpe et de préhension
Démantèlement (présence de l’homme) Assistance des opérateurs Assistance au tri, assistance pour les opérateurs (cobot)
Gestion des entreposages
Colis de déchets
Gestion des entreposages de colis de déchets nucléaires Convoyage de colis de déchets nucléaires
Investigation radiologique des installations
Déclassement
Contrôle radiologique et physico chimique de grande surface, post-A&D Accès de sols, murs (100% de la surface)

Tableau 1 : Un bilan des missions à couvrir en robotique dans l’assainissement et démantèlement

Les caractéristiques techniques des robots dépendent de l’environnement, en particulier des contraintes imposées par le milieu d’intervention (irradiation, contamination radioactive). Elles sont telles qu’un robot aspirateur du commerce ne fonctionnerait, suivant la scène d’intervention, que quelques minutes, du fait des dégâts causés par l’environnement radiologique. La radioactivité déposée sur les composants électroniques réduits leur durée de vie, ou encore, la dose conséquence des rayonnements gamma ou neutronique provoque des dégâts dans le matériau constituant le composant électronique. Concevoir et réaliser des robots qui répondent à l’inventaire de missions pour l’A&D est donc un processus spécifique qui débute par le développement de parades pour limiter l’impact de la contamination et de l’irradiation des composants du robot.

La réalisation de la mission du robot (telle que précisée dans le Tableau 1), se traduit par ailleurs en exigence sur la qualité de sa commande : elle doit être sûre, à l’image de celle du robot chirurgien. En l’espèce, le patient n’est pas directement livré à la machine : c’est le chirurgien qui est l’opérateur du robot et le maitrise grâce à l’imagerie, ce qui lui permet de traiter la cible de l’opération sans altérer les fonctions vitales du patient. Par similitude, dans le cas des installations nucléaires de base (INB), la fonction vitale est assurée par l’Equipement Important pour la Sûreté (EIS) : c’est lui qui garantit en particulier le confinement des produits radioactifs. Quant à la cible de l’opération, elle est constituée par les points de concentration de la contamination, éléments qu’il s’agit de traiter sans endommager les points névralgiques de l’EIS.

L’identification des points où s’est concentrée la contamination est assurée par des instruments dont les fondements sont issus de l’imagerie médicale. La gamma caméra, développée et mise au point dès 1995, est aujourd’hui couplée à des instruments complémentaires, par exemple : la mesure de débit dose, la spectrométrie gamma, la télémétrie pour identifier les différents radionucléides responsables des nuisances.

La gamma caméra équipe le robot RICA III. Le résultat de l’acquisition est une image visible complétée par la localisation des points de concentration de la radioactivité. Cet instrument observe les composants du procédé durant l’opération de dépose. Il en résulte une «cartographie » (image des points de concentration) qui constitue un préalable à l’opération de dépose et sera actualisée durant la totalité de l’opération pour guider l’opérateur Les composants contenant la radioactivité sont ainsi identifiés, puis déposés et évacués préférentiellement afin de réduire la radioactivité dans le procédé de façon sûre et efficace. La radioactivité est concentrée, le plus souvent, dans une faible partie des équipements.

Modular Arm and Efficient System for TeleRObotics

Image gamma superposée sur un modèle 3D d’une cuve

Le robot est architecturé de façon classique, à partir d’un assemblage de briques élémentaires : le porteur (déplacement), les instruments, un bras pour assurer des prélèvements qui font de cet équipement le couteau suisse de l’investigation et du suivi des opérations, assurées par des moyens lourds de dépose, dont le matériel de référence est le bras MAESTRO (Modular Arm and Efficient System for TeleRObotics). Disposant d’un retour d’effort, celui-ci est opérable dans des conditions radiologiques très sévères: aujourd’hui implanté, avec succès, dans une cellule de Haute activité (HA) du site nucléaire de Marcoule, il s’engage dans une opération de retrait des points de concentration de contamination qui y demeurent, opération « chirurgicale » rendue possible par la commande à retour d’effort et par les résultats de la cartographie radiologique.

Les robots dans l’assainissement et démantèlement sont donc des opérateurs indispensables qui s’appuient sur 50 ans d’expérience dans l’exploitation des installations, tout en profitant des dernières avancées de la robotique. La conception spécifique de ces équipements s’inspire de l’ensemble des champs d’application de la robotique depuis la chirurgie jusqu’aux travaux publics, en y ajoutant le champ de contraintes spécifiques au nucléaire, afin de répondre à l’adage du « simple et sûr ». C’est une accélération de la robotisation d’opérations complexes. Cette accélération est rendue possible grâce au concept d’assemblage de briques technologiques élémentaires et l’émergence de la robotique de service.

Auteurs : Ph. Girones, J. Seyssaud, L. Boisset

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