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En anglais
RÉSUMÉ
La technologie du nettoyage par CO2 dense sous pression apparue dans les années 2000 a fortement évolué durant ces deux dernières décennies. Grâce à une mobilisation importante des centres de recherche, de technologie et d’industriels, des progrès importants, sur la compréhension des milieux denses apolaires et des phénomènes de solubilisation et de l’évolution du matériel, ont permis d’élargir les domaines d’application. Les multiples exemples industriels présentés dans cet article montrent que les procédés au CO2 sous pression ont atteint une complète maturité. Ils permettent la substitution de procédés existants qui ne répondent plus aux standards environnementaux et sanitaires tout en apportant une solution de très haute qualité.
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Dense pressurized CO2 cleaning technology, which emerged in the 2000s, has evolved considerably during the last two decades. Thanks to a major mobilization of research, technology centers and industrials, significant progress in the understanding of dense apolar media and solubilization phenomena, as well as the evolution of equipment, have enabled us to broaden the range of applications. Today, the many industrial examples presented show that pressurized CO2 processes have reached a high level of industrial maturity. They enable the replacement of existing processes that no longer meet environmental and health standards, while providing a high-quality solution.
Auteur(s)
-
Guy LUMIA : Expert en fluides supercritiques pour LG Consulting - Ex Ingénieur au CEA (Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives), Marcoule, France
INTRODUCTION
Al’orée des années 2000, les procédés utilisant du dioxyde de carbone (CO2) sous pression pour des applications nettoyage semblaient sortir des laboratoires de recherche, tandis que cette technologie était déjà très répandue, industriellement, dans le domaine de l’extraction de substances naturelles. Il a fallu attendre une décennie pour que des scientifiques américains (Kohli & Mittal), respectivement de la NASA et de la société IBM, intègrent pour la première fois dans une même revue le nettoyage de haute précision et l’utilisation du CO2 sous pression, liquide ou supercritique .
C’est en s’inspirant de cette publication sur le « Nettoyage par CO2 dense sous pression » qu’a été construit cet article. L’objectif est d’apporter une information actualisée de l’existence de ce procédé pour le nettoyage en milieu industriel. Dans ce but, il est apparu indispensable d’aborder de manière approfondie les aspects théoriques et fondamentaux, car cela reflète l’effort de compréhension réalisé sur ces notions de physique de transport, et de thermodynamique orientées sur les fluides sous pression.
Aborder ces questions de solubilisation par un milieu apolaire de solutés apolaires et polaires est complexe, à cause de la nature même de ce type de fluide. L’instrumentation nécessaire pour réaliser des mesures n’est pas conventionnelle, en raison de la pression et du comportement particulier de l’eau dans ce milieu. Nous verrons, au travers d’exemples industriels, que les développements ont été particulièrement foisonnants depuis 2010. Nous constaterons qu’aujourd’hui, la technologie a atteint une forte maturité industrielle, car elle est appliquée dans plusieurs domaines, tels que l’industrie mécanique, les dispositifs médicaux et certaines « niches ». Dans chacun des cas présentés, nous verrons comment les industriels ont développé leur application, en combinant un modèle économique viable avec une avancée majeure en termes de réduction ou d’élimination de risques sanitaires et environnementaux.
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KEYWORDS
decontamination | cleaning | liquids | Dense phase CO2 | supercritical
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Matériaux > Traitements des métaux > Traitements de surface des métaux : contrôle et préparation > Nettoyage par CO2 dense sous pression - Alternative à l’utilisation des solvants pétroliers > Définition des niveaux de propreté
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Présentation
Fluides denses sous pression
En anglais
1. Définition des niveaux de propreté
Avant d’aborder la question du procédé de nettoyage au CO2 sous pression, il est indispensable d’aborder la notion de la propreté. Les contaminations de surface existent sous de nombreuses formes et sont présentes sous différents états à la surface d’un support. Parmi les catégories les plus courantes, on trouve les particules, les films minces ou moléculaires, les corps organiques ou inorganiques, ioniques, et la contamination bactériologique. On peut étendre cette liste aux métaux, aux composés chimiques (toxiques et dangereux), et aux particules radioactives ou biologiques, rencontrées dans différents processus industriels comme l’élaboration de semi-conducteurs, l’usinage des métaux, la fabrication d’objets en polymères, dans l’industrie nucléaire, les industries pharmaceutiques et médicales, ou l’agroalimentaire.
Les sources les plus courantes de contamination incluent :
-
les huiles et les graisses d’usinage ;
-
l’ensimage ;
-
les fluides hydrauliques et de nettoyage ;
-
les colles ;
-
les cires ;
-
la contamination humaine ;
-
les particules.
En outre, toute une série d’autres contaminants chimiques provenant de sources diverses et qui se déclinent presqu’à l’infini peuvent souiller une surface.
Les spécifications de nettoyage découlent de la quantité de la contamination, et de ses caractéristiques présentes à la surface, avant et après l’opération de nettoyage.
La plupart des applications technologiques de précision nécessitent la caractérisation des particules et des résidus non volatiles. Par exemple, les agences spatiales, aux États-Unis (NASA, SpaceX, DoD) ou en Europe (ESA, Ariane Espace), sont à l’origine des spécifications des différents niveaux de propreté couvrant une gamme complète de tailles des particules et des microparticules. Ces spécifications définissent des niveaux de propreté fondés sur les niveaux de contamination établis par des normes industrielles pour les particules et les particules non volatiles : classe 1 à 100 ...
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Définition des niveaux de propreté
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KOHLI (R.) - Surface contamination removal using dense-phase fluids: Liquid and supercritical carbon dioxide. - In Developments in surface contamination cleaning, Elsevier, p. 2-38 (2013).
-
(2) - NASA Document JPR 5322.1 - Contamination Control Requirements Manual. - National Aeronautics and Space Administration, Johnson Space Center, Houston (États-Unis), TX, (2009).
-
(3) - STANSBERY (E.K.) - Genesis Discovery Mission Contamination Plan. NASA Document GN-460000-100. - National Aeronautics and Space Administration, Johnson Space Center, Houston (États-Unis), TX, (1998).
-
(4) - CAGNIARD DE LA TOUR (Ch.) - Expériences à haute pression avec quelques substances. - Annales de Chimie Physique, par MM Gay-Lussac & Arago, Librairie Crochard, Paris, 23, p. 267- 269 (1823).
-
(5) - HECHT (E.) - Propriétés thermiques de la matière. - Physics Calculus, Brooks/Cole, 14, p. 548 (1996).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Salles propres et environnements maîtrisés apparentés – Partie 1 : Classification de la propreté particulaire de l’air - ISO 14644-1 - 2015
-
Salles propres et environnements maîtrisés apparentés – Partie 2 : Surveillance du maintien des performances de la salle propre pour la propreté particulaire de l’air - ISO 14644-2 - 2000
-
Salles propres et environnements maîtrisés apparentés – Partie 14 : Évaluation de l’aptitude à l’emploi des équipements par la détermination de la concentration de particules en suspension dans l’air - ISO 14644-14 - 2016
-
Dispositifs médicaux – Systèmes de management de la qualité – Exigences à des fins réglementaires - ISO 13485 - 2016
-
Recommandations relatives à la qualité de l’eau destinée aux stérilisateurs, à la stérilisation et aux laveurs désinfecteurs pour produits de santé - ISO/TS 5111 - 2022
-
Intoxication par inhalation de dioxyde de carbone : https://www.inrs.fr/media.html?refINRS=TC%2074 - INRS 79 TC 74 -
-
...
ANNEXES
Arrêté du 20/11/17 relatif au suivi en service des équipements sous pression et des récipients à pression simples. JO n° 282 du 3 décembre 2017.
Arrêté du 02/05/02 relatif aux prescriptions générales applicables aux installations classées pour la protection de l’environnement soumises à déclaration sous la rubrique n° 2345 relatives à l’utilisation de solvants pour le nettoyage à sec et le traitement des textiles ou des vêtements. JO n° 105 du 5 mai 2002.
Décret n° 2022-982 du 1er juillet 2022 relatif aux bilans d’émissions de gaz à effet de serre. Texte n° 47. JORF n° 0153 du 3 juillet 2022.
HAUT DE PAGE
Method and apparatus for treating a substrate with dense fluid and plasma. US Patent Application 2006/0278254.
Substrate processing apparatus for processing substrate using dense phase gas and sonic waves. PCT WO 2004/045739.
...
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1/ Quiz d'entraînement
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2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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