Nettoyage à faisceau laser: procédé

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Principe et caractéristiques

Avant propos
Le procédé à faisceau "laser" ne peut être classé dans aucune des catégories précédentes, car il n'utilise pas comme vecteur un gaz, un liquide ou une impulsion mécanique, mais des impulsions de lumière. Ceci en fait un procédé bien à part, mais qui entre dans la catégorie des traitements par impacts du fait de son principe de bombardement ionique. C'est une action mécanique de la lumière, qui n'utilise pas et ne consomme pas de produit abrasif, ce qui fait une des particularités originales de ce système.

Historique
Le laser est une technique qui a vu le jour au milieu du 20eme siècle. EINSTEIN avait plus tôt, en 1921, énoncé la théorie de l’émission stimulée de radiation qui constitue le principe de base du laser. Mais le premier laser ne fut construit qu’en 1959 par un physicien américain du nom de MAIMAN.
D’abord outil de recherche dans les laboratoires de physique fondamentale, les appareils laser ont à partir des années 1970 été utilisés comme arme dans le domaine militaire, puis dans le monde industriel comme outil pour percer, couper, souder, guider, nettoyer... Mais il fallut attendre la fin des années 80, pour que les scientifiques se penchent sur la question et envisagent le développement d’une machine laser spécifiquement adaptée pour les opérations de nettoyage.

Principe du nettoyage au laserPrincipe physique
Le nettoyage par laser est basé sur une réaction photomécanique induite par l'interaction entre le faisceau lumineux issu d'un laser à impulsions courtes de forte intensité et la couche polluante (graisses, huiles, oxydes, peintures, vernis, résidus de cuisson, etc..).

Caractéristiques
Transmission du faisceau laser par fibre optique,
Longueur d'onde (couleur) 1.06µm (proche de l'infrarouge),
Durée de l'impulsion 10/12 nanosecondes (milliardième de seconde),
Énergie d'une impulsion jusqu'à 1200 milliJoules,
Densité d'énergie de 0.2 à 5 Joules/cm2,
Fréquence des impulsions de 1 à 120 Hertz,
Répartition de l'énergie homogène sur toute la surface du faisceau.

Résultats
Les impulsions de lumière émises par le laser sont absorbées par la couche superficielle de la surface à traiter. La forte énergie absorbée crée un plasma (gaz ionisé et hors équilibre) fortement comprimé qui se détend en créant une onde de choc. Cette onde de choc fragmente et éjecte la couche de polluant en fines particules qui sont alors captées par un système d'aspiration. L'impulsion lumineuse est suffisamment brève pour éviter l'établissement de phénomènes thermiques qui pourraient détériorer la surface.

Les paramètres

L'intensité de l'énergieIntensité du faiseau laser
Pour être efficace, elle doit être adaptée et réglée entre deux seuils:
- le seuil de nettoyage ou le plasma est crée dans la couche polluante,
- le seuil de dommage, ou le plasma commence à altérer le substrat.
Chaque impulsion laser enlève une certaine épaisseur de polluant. Si la couche est épaisse, plusieurs impulsions sont nécessaires pour nettoyer parfaitement le substrat.
Un effet très important issu de la combinaison de deux seuils est l'autolimitation du nettoyage: Les impulsions de lumière dont la densité d'énergie est supérieure au premier seuil vont "creuser" la salissure jusqu'au substrat. A cet endroit, leur densité d'énergie est inférieure au seuil de dommage du substrat. Aucune interaction n'est alors possible.

Nota:
Cette faculté de dosage (déterminée par des essais préalables) fait du traitement par laser une technique spectralement sélective qui permet sur une même surface, d'attaquer certains produits plutôt que d'autres.

Les paramètres importants
La puissance du Laser
La vitesse de nettoyage est proportionnelle à la puissance moyenne de la source Laser. C'est en fait l'énergie apportée par seconde. Deux paramètres de réglages peuvent entrer en ligne de compte: l'énergie par impulsion et la fréquence de répétition des impulsions. La puissance moyenne est le produit de ces deux grandeurs.
L'homogénéité du faisceau
L'homogénéité de nettoyage est directement liée à la répartition de l'énergie lumineuse dans le faisceau. Un faisceau laser est généralement en forme de cloche dite "Gaussienne" avec beaucoup plus de densité d'énergie au centre que sur les bords. L'utilisation d'une fibre optique permet d'obtenir un faisceau de profil plat, dont toute l'énergie sera utilisée de façon optimale et homogène.

Les machines et les applications

Généralités
Les machines sont généralement constituées de:
- un générateur d'énergie de dimensions et puissance adaptées au traitement à exécuter,
- un pistolet (ou torche) de projection du faisceau de forme et grosseur adaptées au générateur,
- un câble optique de liaison entre le générateur et le pistolet pour la transmission de l'énergie.
Le traitement de la surface se fait par simple balayage de l'opérateur.
Dans certains cas, il est possible de coupler le pistolet de projection avec une autre torche (ex: projection de plasma) pour réduire les temps d'opération. Dans ce cas, les deux torches sont fixées sur un robot qui a préalablement acquis et mémorisé la géométrie des pièces à traiter.

Applications
- le nettoyage de la pierre, des briques, du plâtre, du bois etc..,Pistolet à faiseau laser
- le nettoyage des moules de plasturgie, d'élastomères, de structures composites, de verrerie,
- la préparation de surface avant encollage, avant revêtement thermique, avant soudure,
- le décapage de peinture, de vernis, des cordons de soudure,
- la préparation de surface avant dépôts,
- la désoxydation de métaux,
- le dégraissage de surface,
- l'élimination de particules radioactives.

Générateur d'énergie laserAvantages
Le nettoyage Laser ne dégrade pas:
- pas d'effet abrasif, (pas d'abrasif)
- pas de contact mécanique
- pas d'effet thermique
Le nettoyage Laser ne pollue pas:
- pas d'apport de matière
- pas de solvant
- pas d'effluents pollués,
- pas d'émanation de vapeur.
Le nettoyage Laser ne produit pas d'effet photochimique.
La protection de l'opérateur se réduit à une simple protection des yeux.

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