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

En réponse aux opérations futures d’assainissement des installations nucléaires, la décontamination par ablation laser de surfaces métalliques apparait comme une technique adaptée aux enjeux sanitaires et économiques actuels. L’objectif est d’ablater par un faisceau laser de façon préférentielle la surface oxydée contenant des radioéléments et de récupérer les éléments vaporisés pour pouvoir isoler la contamination radioactive en vue de son stockage. A la différence des techniques existantes comme le ponçage ou le traitement chimique par gel ou mousse, le traitement laser permet de ne pas produire de déchets secondaires et de pouvoir être effectué à distance en diminuant considérablement la dose reçue par les opérateurs. Le retour d’expérience a montré la nécessité d’optimiser le procédé en vue de limiter la contamination résiduelle. Les phénomènes responsables de cette limitation et identifiés dans la littérature sont la pénétration des contaminants dans le substrat métallique par effet thermiques induits par laser et le piégeage des radionucléides dans des défauts de surface micrométriques. Les travaux de thèse auront donc comme objectifs d’étudier et d’optimiser la décontamination de surfaces métalliques avec des couches d’oxydes contaminées de façon volumique avec un simulant de radionucléide (Eu) par ablation laser, en vue dans un second temps d’améliorer de l’efficacité de la technique au niveau des défauts surfaciques. Enfin, au-delà de la démarche expérimentale, cette thèse vise à contribuer à la compréhension de l’interaction laser/matière dans le cadre de notre étude via la simulation du chauffage de surface métallique par modélisation multi physique.The preparation of future decommissioning of nuclear installations is currently facing economical and sanitary challenges. The metallic-surface decontamination by laser ablation is here studied as an appropriate and efficient technique, which involves ejection of surface contamination by subjecting the surface to high-energy laser pulses followed by subsequent trapping to avoid environmental dispersion. This process has many advantages such as the minimization of secondary waste, no production of effluents and the reduction of the exposition of workers by the automation of the process. Previous studies highlighted the need to optimize the process in order to limit the residual contamination. The identified reasons for this limitation are the contamination penetration into the metal bulk induced by the laser treatment and the entrapment of the radionuclides in surface defects like micro cracks. The aim of this work is the study and the cleaning optimization of metallic surfaces with an oxide layer implemented with a non-radioactive contamination (Eu). Secondly, the cleaning efficiency has been improved in case of damaged surfaces with defects such as cracks. Beyond an experimental study, The ablation of a metallic substrate with a submicrometric oxide layer is currently modeled using a numerical and multiphysics approach in order to determine the mechanism involved during the process