Le laser à distance ? Du rêve à la réalité

L'UDIN* souhaitait développer un outil de découpe laser à distance pour le démantèlement de cellules. Il s'adresse au CLFA* qui met au point un procédé innovant...

Lorsque Jean-Paul Grandjean, ingénieur à l'UDIN du CEA/Marcoule, interroge son collègue Jean-Pascal Alfillé, au CLFA d'Arcueil, sur la possibilité de concevoir un laser capable de découper à distance, un certain flou s'installe d'abord... teinté de scepticisme. Et il y a de quoi ! En 1995, tout le monde sait qu'un laser impulsionnel fait un trou dans n'importe quel matériau, mais les célèbres pistolets-laser de la guerre des étoiles sont encore très surréalistes.
Pourtant, cinq ans après, le laser à distance du projet CLAUDIN* est au point et le CEA maîtrise la découpe de tôles et de tubes à 1 mètre de distance.

Du laser impulsionnel au laser continu
Traditionnellement, la découpe de matériaux lors des opérations de démantèlement est réalisée avec des outils mécaniques ou thermiques. Parmi ces derniers, le laser considéré comme le plus propre, présente l'avantage de ne pas nécessiter d'efforts lors de la découpe et de laisser des saignées fines et franches (1 mm). De plus, le laser YAG (à la différence du laser CO2 utilisant des miroirs) permet un transport de puissance par fibre optique... "très intéressant pour progresser en milieu hostile, car un robot stoppé dans sa progression par des obstacles, pourrait orienter sa tête laser, focaliser et découper à distance" précise Jean-Paul Grandjean. Mais à quelle distance ? Fallait-il retenir 10 mètres ou 5 mètres ? Une première étude réalisée avec l'Université de Strasbourg, et prolongée par les travaux de Jean-Pascal Alfillé, aboutira à l'idée d'un démonstrateur réaliste (optiquement) pour une découpe à la distance de 1 mètre.
Jean-Pascal Alfillé obtiendra d'abord des résultats intéressants avec un laser impulsionnel de 1 kW. Mais pour les applications industrielles de production, ces lasers sont peu utilisés. En effet, à grande vitesse, du fait de leur caractère impulsionnel, ils ont tendance à couper en pointillés. D'autre part, la puissance est limitée (~ 1 kW) du fait des fortes contraintes thermiques que subissent les barreaux. Si bien que lorsque le CLFA fait l'acquisition d'un laser continu (industriel !) de 4 kW, Jean-Paul Grandjean en profite pour demander un complément d'étude.
Après avoir résolu les problèmes de focalisation, de vitesse d'avance, de gaz d'apport, d'éjection du métal fondu, le CLFA a démontré la faisabilité de découpe de tôles ou tubes (procédé plus tolérant avec YAG continu 4 kW). Jean-Pascal Alfillé a ensuite poursuivi les recherches en découpe au contact, notamment en couplant deux lasers continus avec deux fibres optiques côte à côte, donnant lieu à deux taches focales. Il a ainsi été possible de découper des épaisseurs de 60 mm (avance 40 mm/mn, source "équivalente" de 6 kW) et de 100 mm sous gaz neutre (3 mm/mn, 7 kW).

Technologie trop pointue ?
Aujourd'hui, il semble que cette technologie soit en avance sur le marché. Cependant, au-delà des industriels intéressés (STMI, Onectra, Compenon Bernard-Salvarem), cette découpe "chirurgicale" pourrait trouver des débouchés dans la chimie, la pétrochimie, l'offshore, la construction navale, voire le démantèlement de carcasses automobiles pour la récupération sélective (plastique, métal) ou les interventions post-accidentelles (route, catastrophes...).

* UDIN : Unité de Déclassement des Installations Nucléaires
* CLFA : Coopération Laser Franco-Allemand
* CLAUDIN : Cuting with a LAser Unit for Decommissioning Nuclear Installation