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MOUSSE DE DÉCONTAMINATION, DE DÉCAPAGE ET/OU DE
DÉGRAISSAGE A PARTICULES SOLIDES.
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne le domaine
de la décontamination, du décapage et du dégraissage
des surfaces. Les surfaces à traiter dans le cadre de
la présente invention peuvent être des surfaces
métalliques ou non, plus ou moins accessibles et
contaminées par de la graisse, par des dépôts minéraux
radioactifs, par une couche d'oxyde ou dans la masse.
Ainsi, la présente invention propose une
solution, une composition et une mousse de
décontamination, de décapage et de dégraissage de
telles surfaces. La composition et la solution selon la
présente invention permettent d'obtenir une mousse
capable de décontaminer, de décaper et/ou de dégraisser
tout type de surface et, plus particulièrement, une
mousse contenant un agent solide stabilisateur tel que
des particules solides. La présente invention concerne
également un procédé de préparation de ladite mousse et
son utilisation.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Dans l'état de la technique, sont connues
de nombreuses compositions de décontamination, de
décapage et/ou de dégraissage pour le traitement des
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surfaces. Ces compositions peuvent se présenter aussi
bien sous forme de gels que de mousses.
Les travaux antérieurs de la Demanderesse
ont notamment permis de mettre au point une mousse de
décontamination gélifiée (ou viscosée) contenant de 0,2
à 2 % en poids d'agent(s) tensioactif(s) organique(s)
moussant(s), de 0,1 à 1,5 % en poids d'agent gélifiant
et de 0,2 à 7 M d'acide(s) ou de base(s) inorganique(s)
de décontamination radioactive. Une telle mousse
gélifiée est décrite dans la demande internationale
W02004/008463. Cette mousse présente de nombreux
avantages vis-à-vis des compositions et, tout
particulièrement, vis-à-vis des compositions de
décontamination de l'état de la technique. Ces
avantages sont notamment une durée de vie augmentée,
une meilleure efficacité dans le traitement des
surfaces et une diminution de la quantité d'effluents
produits.
Un objectif de la présente invention est de
fournir une mousse présentant des propriétés encore
améliorées par rapport aux mousses décrites dans la
demande internationale W02004/008463. Les améliorations
concernent, tout particulièrement, la quantité de
tensioactif(s) nécessaire(s) pour former un volume
donné de mousse, la quantité de gélifiant pour
stabiliser la mousse et le traitement des produits
obtenus en fin de vie de la mousse une fois la
décontamination, le décapage et/ou le dégraissage
effectués.
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EXPOSÉ DE L'INVENTION
Ainsi, les travaux de la Demanderesse ont
permis de mettre au point une mousse utile dans la
décontamination, le décapage et le dégraissage des
surfaces qui présente non seulement les propriétés des
mousses gélifiées de l'état de la technique (comme une
durée de vie augmentée, une meilleure efficacité dans
le traitement des surfaces et une diminution de la
quantité d'effluents produits) mais aussi les
améliorations décrites ci-dessus. Cet objectif est
atteint au moyen d'une mousse stabilisée comprenant un
agent solide stabilisateur du type particules solides.
En effet, la mousse stabilisée selon la
présente invention présente une durée de vie
importante, comprise entre 1 et 24 heures, garantissant
un temps de contact prolongé avec la surface à traiter
et un maintien sur cette surface d'une mousse
présentant une certaine humidité. Ces avantages sont
particulièrement intéressants lorsque la surface à
traiter comprend des points chauds. Le temps de vie de
la mousse stabilisée selon l'invention permet d'obtenir
une efficacité de décontamination, de décapage et/ou de
dégraissage importante et de retrouver les mêmes
efficacités de décontamination que dans le cas de
lavages par des solutions décontaminantes.
De plus, dans le cas de la décontamination
par projection d'une mousse stabilisée selon
l'invention sur des surfaces, l'allongement de la durée
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de vie de cette mousse permet de réduire les quantités
projetées, ce qui est particulièrement avantageux.
La mousse est constituée d'une dispersion
de bulles d'air dans du liquide et est souvent
caractérisée par son foisonnement (F), défini, dans les
conditions normales de température et de pression, par
la relation suivante :
F = Vmousse IVIiquide = (Vgaz Vliquide)/Vliquide
La mousse stabilisée selon l'invention
présente des foisonnements initiaux en sortie de
générateur de l'ordre de 5 à 20, et, dans le cas de la
décontamination nucléaire, de 10 à 15, ce qui permet de
traiter un grand volume (par exemple 100 m3) avec moins
de 10 m3 de liquide.
Enfin, après le drainage naturel de la
mousse, le liquide contaminé est récupéré, et la paroi
est rincée avec très peu d'eau (environ 1 1/m2). De la
sorte, peu d'effluents liquides sont produits, ce qui
permet une simplification en terme de filière globale
de traitement par la suite (moins d'évaporation à
réaliser pour atteindre les spécifications des colis de
stockage).
Par ailleurs, la mousse stabilisée selon
l'invention permet, comme les mousses gélifiées
décrites dans la demande internationale W02004/008463,
d'éliminer la radioactivité
d'installations
inaccessibles, de taille importante, ou de géométrie
complexe, par remplissage (action "statique"), par
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circulation, ou par pulvérisation sur une surface
accessible.
Pour traiter, par exemple, les surfaces
internes de cuves de produit de fission de grands
5 volumes (20 à 100 m3), où le débit de dose est très
important (jusqu'à 40 Gy/h) et les possibilités d'accès
réduites, l'utilisation d'une mousse décontaminante
remplissant la cuve est particulièrement recommandée.
En effet, la mousse limite les volumes morts de
liquide, en occupant tout l'espace et en mouillant
toutes les surfaces comme les serpentins de
refroidissement et autres appareillages en milieu ou en
ciel de cuve.
L'introduction d'un agent solide
stabilisateur du type particules solides dans la mousse
selon l'invention présente, outre les avantages
développés ci-dessus, les avantages originaux et
inattendus suivants :
- la diminution voire la suppression de la
quantité de tensioactifs nécessaires pour former un
volume donné de mousse,
- la diminution voire suppression de la
quantité de gélifiant organique biodégradable
classiquement utilisé,
- la possibilité de sorption des entités
chimiques, telles que des polluants ou des
radioéléments, décrochées de la surface à traiter,
- le traitement des produits en fin de vie
de la mousse une fois la décontamination, le décapage
et/ou le dégraissage effectués.
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En effet, la mousse stabilisée selon
l'invention peut être stabilisée uniquement par les
particules minérales et/ou organiques qu'elle contient.
Les quantités de réactifs nécessaires à la
minéralisation de l'effluent liquide généré et la durée
du traitement (coût) sont ainsi réduites.
Lorsque la mousse stabilisée selon la
présente invention contient en plus un gélifiant (ou
viscosant) stabilisateur organique classique de l'art
antérieur, la quantité dudit gélifiant est moindre
grâce à l'action compensatrice des particules. Ce gain
compensatoire en stabilité apporté par les particules
provient soit du colmatage des canaux d'écoulement dans
la mousse retardant le drainage du liquide, soit, pour
des concentrations importantes en particules (et
dépendant de la nature de la particule et du milieu
moussant), par une viscosification proprement dite du
liquide.
L'agent solide stabilisateur du type
particules solides de la mousse stabilisée selon
l'invention peut se positionner aux interfaces
gaz/liquide en remplaçant en partie les tensioactifs
moussants, ce qui permet une diminution de la quantité
de tensioactif utilisé.
L'agent solide stabilisateur du type
particules solides peut capter des entités chimiques et
notamment les éléments décrochés de la surface à
traiter. Cette capture peut consister en une sorption
classique (si les particules solides sont présentes
dans la solution), ou bien en une coprécipitation (si
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les particules solides sont formées in situ). Dans le
cadre de la décontamination d'installations nucléaires,
les facteurs de décontamination obtenus avec de telles
particules sont souvent supérieurs à 100. Par ailleurs,
la sorption s'effectue dans la mousse et peut aussi se
poursuivre dans le liquide drainé.
De plus, après drainage, les particules
solides ayant ou non capté des entités chimiques sont
facilement récupérées, par exemple, par décantation ou
filtration.
La présente invention concerne donc une
mousse stabilisée constituée d'une solution aqueuse
moussante contenant:
- de 0,1 à 7 moles d'un ou plusieurs
réactifs de décontamination, de décapage et/ou de
dégraissage par litre de solution, et
- de 0,01 à 25 % en poids d'un agent solide
stabilisateur par rapport au poids total de la
solution.
Selon un aspect particulier, l'invention
concerne une mousse stabilisée constituée d'une
dispersion de bulles d'air dans une solution aqueuse
moussante contenant:
- de 0,1 à 7 moles par litre de solution
d'un agent de décontamination, de décapage et/ou de
dégraissage choisi parmi un acide ou un mélange
d'acides, une base ou un mélange de bases, un oxydant,
un réducteur, un désinfectant, un antioxydant, un
antiseptique et leurs mélanges, et
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- de 0,01 à 25 % en poids de particules
solides de nature identique ou de mélanges de
particules solides de nature différente par rapport au
poids total de la solution,
dans laquelle lesdites particules solides
sont des particules entièrement minérales
fonctionnalisées par greffage de molécules organiques
hydrophobes, et dans laquelle lesdites particules
entièrement minérales sont en acide phosphotungstique,
en ferrocyanure de nickel, en oxyde, en hydroxyde, en
carbonate, en sulfate, en nitrate, en oxalate et/ou en
titanate d'une ou plusieurs espèce(s) choisie(s) parmi
les métaux alcalins, alcalino-terreux, de transition et
des métalloïdes.
Par agent solide stabilisateur , on
entend dans le cadre de la présente invention toute
substance solide qui, incorporée à la solution aqueuse
moussante, permet d'améliorer la stabilité de la mousse
obtenue à partir de cette dernière. L'effet de
stabilisation obtenu peut entraîner non seulement la
formation d'un grand volume de mousse mais aussi
conduire à une plus grande persistance de la mousse
formée.
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L'agent solide stabilisateur dans le cadre
de la présente invention peut être un agent solide
stabilisateur unique ou un mélange d'agents solides
stabilisateurs de nature identique ou différente.
Avantageusement, l'agent solide stabilisateur mis en
uvre dans le cadre de la présente invention se
présente sous la forme de particules solides. On peut
utiliser, dans la présente invention, des particules
solides de nature identique ou des mélanges de
particules solides de nature différente.
La mousse stabilisée constituée d'une
solution aqueuse moussante objet de la présente
invention contient au moins un agent solide moussant
et/ou sorbant.
Dans un premier mode de réalisation de la
présente invention, l'agent solide stabilisateur, sous
forme de particules solides, peut également présenter
des propriétés moussantes et/ou sorbantes. Ainsi, dans
ce premier cas, on envisage notamment l'utilisation
d'agents solides stabilisateurs moussants, d'agents
solides stabilisateurs sorbants, d'agents solides
stabilisateurs, moussants et sorbants ainsi que de
leurs mélanges.
Dans un second mode de réalisation de la
présente invention, on ajoute à un agent solide
stabilisateur, un agent solide présentant des
propriétés moussantes et/ou sorbantes. Ainsi, dans ce
second cas, on envisage notamment l'utilisation d'un
mélange comprenant au moins un agent solide
stabilisateur et au moins un agent solide moussant ;
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d'un mélange comprenant au moins un agent solide
stabilisateur et au moins un agent solide sorbant ; et
d'un mélange comprenant au moins un agent solide
stabilisateur et au moins un agent solide moussant et
sorbant. Les définitions ci-après concernant l'agent
solide stabilisateur (particules solides, nature et
forme) s'appliquent également aux agents solides
moussants et/ou sorbants.
Les ferrocyanures de nickel ppFeNi sorbant
le césium sont un exemple d'agent solide à propriétés
sorbantes. Les particules de silice colloïdale de
diamètre 650 nm, à 54 g/1, et greffées avec de
l'aminopropyltriethoxysilane à raison de 15 molécules
par nm2 sont un exemple d'agent solide à propriétés
moussantes.
Dans le cadre de la présente invention, on
envisage également d'utiliser des composés tels que
définis dans le premier mode de réalisation combinés
avec des mélanges tels que définis dans le second mode
de réalisation.
L'agent solide stabilisateur tel que les
particules solides est présent, dans la solution
aqueuse moussante constituant la mousse stabilisée
selon l'invention, en une teneur allant de 0,01% à 25%,
notamment de 0,05% à 10% en poids, en particulier de
0,1% à 5% en poids et plus particulièrement de 0,5% à
3% en poids, par rapport au poids total de la solution.
Lorsque l'on ajoute des agents solides moussants et/ou
sorbants en plus des agents solides purement
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stabilisateurs, le pourcentage en poids total d'agents
solides est inférieur ou égal à 30 %.
L'agent solide stabilisateur tel que les
particules solides peut être de forme sphérique ou
5 parfaitement quelconque, et présenter une distribution
de taille monodisperse ou
polydisperse.
Avantageusement, les particules solides ont des
dimensions caractéristiques comprises entre 2 nm et
200 m et notamment entre 5 nm et 30 m.
10 L'agent solide stabilisateur peut se
présenter sous forme de particules solides entièrement
minérales (i.e. entièrement inorganiques), entièrement
organiques, ou de particules hybrides minérales-
organiques ou d'un mélange d'au moins deux de ces types
de particules identiques ou différents. Le caractère
hybride peut consister en un c ur organique et une
surface minérale, ou l'inverse.
En outre, que les particules solides mises
en uvre dans la présente invention soient minérales
et/ou organiques comme expliqué ci-dessus, leur surface
peut être soit hydrophile homogène, soit hydrophobe
homogène, soit présenter des zones de surface
hydrophiles et représentant de 0,01 à 99,99 % de la
surface totale, le reste de la surface (99,99 à 0,01 %
de la surface totale) étant hydrophobe. Dans le cas où
ces deux types de zones sont distinctement séparés, les
particules sont appelées particules amphiphiles .
Enfin, les particules solides selon
l'invention peuvent être fonctionnalisées par greffage
de molécules organiques. Les molécules organiques à
greffer sur les particules solides selon l'invention
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présentent l'avantage notamment d'améliorer les
propriétés de sorption des entités chimiques, telles
que des radioéléments, décrochées de la surface à
traiter. Dans ce cas, les molécules organiques peuvent
être des molécules organiques extractantes et/ou
complexantes telles que des ligands polydentates (par
exemple l'EDTA - acide éthylènediaminotétraacétique),
des calixarènes ou des éthers couronnes. Dans une
variante, les molécules organiques greffées sur les
particules solides peuvent être utilisées pour modifier
ou améliorer le caractère hydrophile, hydrophobe ou
amphiphile desdites particules. L'homme du métier
connaît différentes molécules organiques utilisables
pour obtenir ces différents résultats.
Sont listés ci-après différents types de
particules solides utilisables dans le cadre de la
présente invention et donnés à titre d'exemples non
limitatifs.
Parmi les particules solides minérales
selon l'invention, on trouve des particules en acide
phosphotungstique, en ferrocyanure de nickel, en oxyde,
en hydroxyde, en carbonate, en sulfate, en nitrate, en
oxalate et/ou en titanate d'une ou plusieurs (par
exemple, un oxyde mixte aluminosilicaté) espèce(s)
choisie(s) parmi les métaux alcalins (par exemple
Na20.A1203.45i02) alcalino-terreux (par
exemple
CaO.Fe203, CaCO3, Ba504, BaTiO3, Ca3(PO4)2), de transition
(par exemple h02, Fe203, Zr02, Mn02), et des métalloïdes
(Par exemple 5i02). De telles particules solides sont
notamment disponibles chez ACROS ORGANICS.
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Avantageusement, comme particules solides
minérales sorbant les radioéléments et utilisables dans
le cadre de la présente invention, on peut citer des
particules en Ca3(PO4)2, en CaCO3, en Mn02, en acide
phosphotungstique (H3PO4.12W03.xH20) et en ferrocyanure
de nickel (ppFeNi). En effet, le strontium est capté en
milieu basique (pH > 11) par Ca3(PO4)2, CaCO3 ou encore
Mn02. Le césium est capté en milieu acide par l'acide
phosphotungstique (H3PO4.12W03.xH20), et en milieu
modérément basique (pH < 10) par du ferrocyanure de
nickel ppFeNi. Mis à part le ferrocyanure de nickel,
formé in situ par la réaction entre le ferrocyanure de
potassium et le sulfate de nickel, tous ces réactifs
sont disponibles par exemple chez ACROS ORGANICS.
Dans le cadre de la présente invention, les
particules entièrement organiques sont composées de
polymères ou copolymères thermoplastiques et/ou
thermodurcissables et/ou encore de biopolymères.
Avantageusement, les particules solides
organiques sont des particules solides de polymères ou
copolymères thermoplastiques des familles suivantes :
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Famille de polymères Exemples Fournisseur
Polyoléfines polyéthylène Acros Organics
Polyvinyliques poly(alcool vinylique) Acros Organics
Polyvinylidéniques poly(chlorure de vinylidène) Aldrich
Polystyréniques polystyrène Aldrich
Acryliques/méthacryliques poly(méthacrylate de méthyle) Acros Organics
Polyamides poly(caprolactame) Acros Organics
Polytéréphtalates Acros Organics
Polyesters
Polycarbonates Acros Organics
Polyéthers polyoxyéthylène Acros Organics
Poly(arylènesulfones) polysulfones Aldrich
Polysulfures poly(sulfure de phénylène) Solvay
Polyfluorés polytétrafluoroéthylène Acros Organics
Cellulosiques acétate de cellulose Acros Organics
Poly(aryléthercétones) poly(éthercétone) Solvay
Polyimides Aldrich
Polyétherimides Aldrich
Tableau 1 : Polymères composant les particules
organiques utilisées
A cette liste, s'ajoutent les familles des
polymères ou copolymères thermodurcissables, tels que
les aminoplastes (résines
urée-formol), les
polyuréthanes, les polyesters insaturés,
les
phénoplastes (résines phénol-formol), les
polysiloxanes, les résines epoxydes, allyliques et
vinylesters, les alkydes (résines glycérophtaliques),
les polyurées, les polyisocyanurates, les
poly(bismaléimide), et les polybenzimidazoles. Les
particules issues de ces polymères sont synthétisables
par polymérisation radicalaire, anionique ou
cationique, polycondensation, copolymérisation/copoly-
condensation, par voie thermique, photochimique,
radiochimique, et ce en émulsion, en suspension, et par
précipitation. Les précurseurs à la base de ces
polymères sont disponibles chez ALDRICH, ACROS
ORGANICS, FLUKA et ARKEMA.
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Enfin à cette liste, s'ajoutent les
biopolymères, tels que les biopolymères microbiens
(polyhydroxyalkanoates et dérivés), les biopolymères
issus de plantes (par exemple amidon, cellulose,
lignine et dérivés), et les biopolymères issus de la
polymérisation chimique d'entités
biologiques
(polylactiques).
Les particules solides organiques peuvent
aussi être constituées de copolymères contenant les
motifs monomères à la base des polymères ci-dessus,
comme par exemple des copolymères poly(chlorure de
vinylidène)-co-poly(chlorure de vinyle), ou encore
poly(styrène/acrylonitrile).
Dans le cadre de la présente invention, les
particules solides hybrides organiques/minérales
peuvent avoir une surface dont au moins une partie est
minérale et un c ur organique, ou l'inverse.
Avantageusement, ces particules hybrides minérales-
organiques présentent
- soit un c ur organique constitué d'au
moins un composé chimique choisi parmi les composés
utilisables pour les particules solides organiques
précédemment décrits et une surface dont au moins une
partie est minérale et constituée d'au moins un composé
chimique choisi parmi les composés utilisables pour les
particules solides minérales précédemment décrits,
- soit un c ur minéral constitué d'au moins
un composé chimique choisi parmi les composés
utilisables pour les particules solides minérales
précédemment décrits et une surface dont au moins une
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partie est organique et constituée d'au moins un
composé chimique choisi parmi les composés utilisables
pour les particules solides organiques précédemment
décrits.
5 Il est clair que, dans la présente
invention, on envisage en variantes aussi bien les
particules hybrides avec un c ur organique et dont
toute la surface est minérale (ou l'inverse, à savoir
un c ur minéral et toute la surface organique) que les
10 particules hybrides qui ont un c ur organique (ou
minéral) et dont la surface présente une partie
minérale hydrophile et une partie organique hydrophobe.
Ce dernier type de particules correspondant notamment à
des particules amphiphiles qui sont aussi hybrides est
15 décrit dans Reculusa S., Poncet-Legrand C. - Hybrid
dissymetrical colloidal particles - Chem. Mater. 2005,
17, 3338-3344. Les particules hybrides peuvent
présenter une partie de surface organique et une partie
de surface minérale.
Ces particules hybrides peuvent, par
exemple, être préparées par croissance épitaxiale en
phase vapeur (ou dépôt chimique en phase vapeur) ou
liquide (par précipitation chimique d'une couche
minérale sur une particule organique). Dans ce dernier
cas, on peut citer des particules hybrides polystyrène
(ou polyisoprène) recouvertes de TiO2 ou Si02 décrites
dans le brevet n EP 1 053 277. Les particules de
configuration inverse (c ur minéral et surface
organique) peuvent être facilement formées par
enduction des particules minérales par les polymères
détaillés précédemment.
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D'autre part, ces techniques de synthèse
permettent de former des particules minérales ou
organiques hétérogènes amphiphiles, incluses dans la
liste des particules qui peut convenir à la formulation
des mousses du présent brevet.
Enfin, les particules hybrides peuvent
aussi être, par exemple, des particules de silice
mésoporeuse sur la surface desquelles sont greffées des
molécules organiques extractantes ou complexantes
telles que des ligands polydentates (par exemple l'EDTA
- acide éthylènediaminotétraacétique), des calixarènes
ou des éthers couronnes.
La solution aqueuse moussante constituant
la mousse stabilisée selon l'invention comprend un
agent de décontamination, de décapage et/ou de
dégraissage. Un tel agent est choisi suivant l'usage
auquel la mousse est destinée. Lorsque la mousse est
une mousse de décontamination, l'agent actif est choisi
notamment en fonction de la nature de la contamination
et de la surface à décontaminer.
Avantageusement, l'agent de
décontamination, de décapage et/ou de dégraissage est
choisi parmi un acide ou un mélange d'acides, une base
ou un mélange de bases, un oxydant (par exemple H202),
un réducteur, un désinfectant, un antioxydant, un
antiseptique, etc. L'homme du métier saura choisir
l'agent de décontamination, de décapage et/ou de
dégraissage suivant le traitement à effectuer.
Plus particulièrement, l'agent de
décontamination, de décapage et/ou de dégraissage peut
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être choisi parmi un acide minéral ou organique
("mousse acide"), une base minérale ("mousse
alcaline"), un agent oxydant ("mousse oxydante") ou
leurs mélanges et, tout particulièrement, un mélange
acide-oxydant ou un mélange base-oxydant. Ainsi, dans
le cadre d'un traitement de décontamination conforme à
la présente invention, une mousse acide ou alcaline
pourra présenter, soit des propriétés de dissolution de
dépôts radioactifs irradiants par exemple pour
l'élimination de contaminations non fixées sur une
surface, soit des propriétés de corrosion contrôlée de
la surface pour une contamination fixée sur celle-ci.
Selon une première variante, l'agent de
décontamination, de décapage et/ou de dégraissage est
un acide minéral choisi parmi l'acide chlorydrique,
l'acide nitrique, l'acide fluorhydrique, l'acide
sulfurique, l'acide phosphorique, l'acide oxalique,
l'acide formique, l'acide citrique, l'acide ascorbique,
et leurs mélanges. Selon l'invention, l'acide est
avantageusement présent à une concentration de 0,1 à
7 moles, notamment de 0,2 à 6 moles, en particulier 0,5
à 5 moles et plus particulièrement de 1 à 4 moles. Ces
fourchettes de concentration concernent bien entendu la
concentration en ions H+ donnée pour la préparation de
1 litre de solution moussante.
Selon une deuxième variante, l'agent de
décontamination, de décapage et/ou de dégraissage est
une base minérale choisie parmi la soude, la potasse,
le carbonate de sodium ou de potassium et leurs
mélanges. Selon l'invention, la base est
avantageusement présente à une concentration inférieure
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à 4 mo1.1-1, de préférence allant de 0,5 à 1, 5 mo1.1-1.
Ces fourchettes de concentration concernent bien
entendu la concentration en ions OH- donnée pour la
préparation de 1 litre de solution moussante.
La solution aqueuse moussante constituant
la mousse stabilisée selon l'invention peut comprendre
en outre un agent tensioactif, un agent oxydant
minéral, un agent complexant et/ou un agent gélifiant
organique.
En effet, La solution aqueuse moussante
constituant la mousse stabilisée selon l'invention peut
comprendre au moins un agent tensioactif, et, plus
particulièrement, un seul agent tensioactif ou un
mélange d'au moins deux agents tensioactifs choisi(s)
parmi les tensioactifs moussants non ioniques, les
tensioactifs moussants anioniques ou cationiques, les
tensioactifs amphotères, les tensioactifs de structure
de type Bolaforme, les tensioactifs de structure de
type Gemini et les surfactants polymériques. Plus
particulièrement, la mousse stabilisée selon
l'invention peut comprendre un seul agent tensioactif
ou un mélange d'au moins deux agents tensioactifs
choisi (s) parmi les alkylpolyglucosides, les
sulfobétaïnes, les alcanolamides, les tensioactifs
copolymères blocs (tels que les copolymères blocs à
base d'oxyde d'éthylène ou de propylène), les alcools
éthoxylés et les amine-oxydes.
Dans une première variante de la présente
invention, l'agent tensioactif mis en uvre est un
tensioactif non ionique moussant. Un tel tensioactif
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non ionique moussant est décrit dans la demande
internationale W02004/008463. Il est, par exemple,
choisi dans la famille des alkylpolyglucosides ou des
alkylpolyétherglucosides, dérivés naturels du glucose
et biodégradables. Ce sont par exemple l' ORAMIX CG-
110 de la société SEPPIC, ou encore le Glucopon 215
CS de la société COGNIS.
Dans une deuxième variante de la présente
invention, l'agent tensioactif mis en uvre est un
tensioactif amphotère, par exemple de la famille des
sulfobétaïnes ou des
alkylamidopropylhydroxy-
sulfobétaïnes, comme l' AMONYL 675 SB commercialisé
par la société SEPPIC, ou de la famille des amine-
oxydes comme l' AROMOX MCD-W , cocodiméthylamine
oxyde commercialisée par la société AKZO NOBEL.
Dans la solution aqueuse moussante
constituant la mousse stabilisée selon l'invention,
l'agent tensioactif est présent à raison de 0,01 à 2 %
en poids, notamment de 0,1 à 1,8 % en poids, en
particulier de 0,2 à 1,5 % en poids, et tout
particulièrement de 0,5 à 1 % en poids par rapport au
poids total de la solution.
De plus, la solution aqueuse moussante
constituant la mousse stabilisée selon l'invention peut
également contenir un agent oxydant minéral,
avantageusement choisi parmi le permanganate de
potassium, les sels de cérium (IV), le dichromate de
potassium et leurs mélanges. Selon l'invention, la
concentration en agent oxydant dans la solution
moussante est inférieure ou égale à 1 M, notamment
comprise entre 0,05 à 0,5 M, en particulier comprise
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entre 0,1 à 0,4 M et plus particulièrement comprise
entre 0,2 à 0,3 M.
En outre, la solution aqueuse moussante
constituant la mousse stabilisée selon l'invention peut
5 également contenir un agent complexant avantageusement
choisi parmi les carbonates et les ligands polydentates
tels que l'EDTA à des concentrations inférieures ou
égales à 1 M, notamment comprises entre 0,01 et 0,5 M,
en particulier comprises entre 0,02 et 0,1 M et plus
10 particulièrement comprises entre 0,05 et 0,1 M.
Enfin, selon la présente invention, la
solution moussante constituant la mousse stabilisée
peut comprendre, en plus des composants précédemment
cités, un agent gélifiant (ou viscosant) organique dans
15 une teneur inférieure ou égale à 0,05 % en poids,
notamment inférieure ou égale à 0,04% en poids et en
particulier inférieure ou égale à 0,02% en poids par
rapport au poids total de la solution.
Cet agent gélifiant est avantageusement un
20 agent gélifiant biodégradable, plus particulièrement,
choisi parmi les polyholosides hétérogènes tels que les
pectines, les alginates, les agars, les carraghénanes,
la farine de caroube, la farine de guar et la gomme de
xanthane.
La mousse stabilisée selon la présente
invention peut être préparée de différentes façons. La
présente invention concerne un procédé de préparation
d'une mousse stabilisée telle que précédemment définie.
Dans un premier mode de réalisation de ce
procédé de préparation, les différents composants de la
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solution aqueuse moussante constituant ladite mousse
i.e. l'agent actif de décontamination, de décapage
et/ou de dégraissage, l'agent solide stabilisateur et,
éventuellement, l'agent tensioactif, l'agent oxydant,
l'agent complexant, l'agent gélifiant et/ou l'agent
solide moussant et/ou sorbant sont mélangés ensemble
pour former une solution aqueuse avant génération de la
mousse. L'introduction de ces différents composants
dans le mélange peut être réalisée dans n'importe quel
ordre. En cas de particularités dans l'introduction de
ces agents, l'homme du métier saura choisir, grâce à
ces connaissances, l'ordre d'introduction en fonction
des agents mis en uvre.
Dans une variante de ce premier mode de
réalisation du procédé de préparation, l'agent solide
stabilisateur peut être formé in situ dans le mélange.
Comme précédemment expliqué, c'est notamment le cas
lorsque l'agent solide stabilisateur est constitué de
particules solides en ferrocyanure de nickel. Cette
formation in situ peut être plus ou moins rapide. Elle
peut notamment avoir lieu en présence des entités
chimiques contaminantes qui, de ce fait, peuvent être
coprécipitées avec les particules solides ainsi
formées.
Dans un second mode de réalisation de ce
procédé de préparation, les différents composants de la
solution aqueuse moussante constituant ladite mousse
i.e. l'agent actif de décontamination, de décapage
et/ou de dégraissage et, éventuellement, l'agent
tensioactif, l'agent solide stabilisateur, l'agent
solide moussant et/ou sorbant, l'agent oxydant, l'agent
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complexant et/ou l'agent gélifiant sont mélangés
ensemble, tout ou partie de l'agent solide
stabilisateur et/ou tout au partie de l'agent solide
moussant et/ou sorbant étant apportés directement dans
le gaz pour former une fumée contactée avec le liquide
moussant et générer la mousse.
Dans une première alternative de ce second
mode de réalisation du procédé de préparation selon
l'invention, l'agent solide stabilisateur n'est pas
présent dans le mélange aqueux initial et n'est apporté
que par le gaz.
Dans une deuxième alternative de ce second
mode de réalisation du procédé de préparation selon
l'invention, l'agent solide stabilisateur est non
seulement apporté directement par le gaz mais également
présent dans le mélange aqueux comme dans les
conditions telles que présentées dans le premier mode
de réalisation du procédé de préparation (i.e. agent
solide stabilisateur mélangé aux autres composants ou
produit in situ lors du mélange).
Les mêmes alternatives que celles décrites
ci-dessus pour l'agent solide
stabilisateur
s'appliquent à l'agent solide moussant et/ou sorbant.
Toutefois, afin de mieux mettre en évidence
les différentes alternatives envisagées en ce qui
concerne les procédés de préparation de la mousse
stabilisée selon la présente invention, le Tableau 2
ci-dessous reprend les différentes possibilités lorsque
la mousse stabilisée comprend en plus d'un agent solide
stabilisateur au moins un agent solide moussant et/ou
sorbant. Dans le Tableau 2 ci-après, on entend :
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- par stabilisateur , un agent solide
stabilisateur, un agent solide stabilisateur moussant,
un agent solide stabilisateur sorbant, un agent solide
stabilisateur, moussant et sorbant ou leurs mélanges ;
- par moussant et/ou sorbant , un agent
solide moussant, un agent solide sorbant, un agent
solide moussant et sorbant ou leurs mélanges ;
- un
type d'agent solide (i.e. soit
stabilisateur, soit moussant et/ou sorbant) cité deux
fois sur une ligne du Tableau 2 peut être identique ou
différent.
Mélange aqueux Gaz
- stabilisateur
- moussant et/ou sorbant
- stabilisateur
- moussant et/ou sorbant
- stabilisateur - moussant et/ou
sorbant
- moussant et/ou sorbant -
stabilisateur
- stabilisateur - moussant et/ou
sorbant
- moussant et/ou sorbant
- stabilisateur - stabilisateur
- moussant et/ou sorbant
- stabilisateur - stabilisateur
- moussant et/ou sorbant
- moussant et/ou sorbant -
stabilisateur
- moussant et/ou sorbant
- stabilisateur - stabilisateur
- moussant et/ou sorbant - moussant
et/ou sorbant
Tableau 2
Dans les différents procédés de préparation
décrits ci-dessus, la mousse peut être générée par tout
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système de génération de mousse de l'art antérieur et
connu de l'homme du métier. Il s'agit de tout
dispositif assurant le mélange gaz-liquide, notamment
par agitation mécanique, par barbotage, par mélangeur
statique contenant des billes ou non, des dispositifs
décrits dans le brevet FR-A-2 817 170, ou de
dispositifs utilisant une buse de projection ou de
pulvérisation, etc_
La présente invention concerne également
l'utilisation d'une mousse stabilisée telle que
précédemment définie ou d'une mousse stabilisée
préparée selon un procédé tel que précédemment défini
pour décontaminer, décaper et/ou dégraisser une
surface. Avantageusement, la décontamination d'une
surface est réalisée par dissolution de dépôts
surfaciques irradiants ou par corrosion sur quelques
millimètres de la paroi contaminée. De plus, cette
utilisation s'applique au nettoyage mais trouvera un
intérêt particulier pour la décontamination de surfaces
métalliques contaminées soit par des dépôts graisseux
ou minéraux radioactifs, soit par une couche d'oxydes.
La contamination peut aussi être localisée dans une
couche de plusieurs dizaines ou centaines de microns
dans la masse du matériau à traiter.
Cette utilisation s'applique parfaitement
bien à la décontamination d'installations nucléaires de
grands volumes et/ou aux géométries complexes ou
inaccessibles, et pour lesquelles les quantités de
réactifs chimiques et d'effluents liquides ultimes à
traiter sont importantes.
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La présente invention concerne également un
procédé de décontamination, de décapage et/ou de
dégraissage d'une surface comprenant les étapes
5 consistant à :
a) préparer une mousse stabilisée selon les
procédés de préparation précédemment définis,
b) appliquer la mousse stabilisée obtenue à
l'étape (a) sur la surface à traiter.
10 De façon avantageuse, à l'étape (b) du
procédé de décontamination, de décapage et/ou de
dégraissage d'une surface, la mousse stabilisée est
utilisée en statique, en pseudo-statique (ou en cycles
de montée-repos), en circulation ou en pulvérisation.
15 Selon l'invention, le procédé de
décontamination, de décapage et/ou de dégraissage d'une
surface peut également inclure une étape supplémentaire
consistant à récupérer la mousse et/ou le liquide
constituant la mousse après son drainage.
20 Dans une première variante, cette étape
supplémentaire consiste à récupérer par succion ou
aspiration la mousse n'ayant pas fini de drainer. La
mousse est alors envoyée dans un dispositif de
récupération de l'agent solide stabilisateur du type
25 particules solides qu'elle contient, par exemple un
filtre à particules.
Dans une seconde variante, cette étape
supplémentaire consiste à récupérer le liquide
constituant la mousse après son drainage, afin de
séparer l'agent solide stabilisateur du type particules
solides du liquide. Cette séparation peut
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avantageusement être réalisée par décantation précédée
ou non d'une floculation, centrifugation, filtration,
ou tout autre dispositif permettant de récupérer un
solide dispersé dans un liquide. L'agent solide
stabilisateur du type particules solides ainsi récupéré
du liquide drainé peut alors être :
- soit réutilisé dans le procédé de
décontamination, de décapage et/ou de dégraissage
(recyclage),
- soit régénéré par notamment désorption
des entités chimiques captées,
- soit éliminé par vitrification, bitumage
ou incinération.
Selon l'invention, l'effluent dépourvu de
l'agent solide stabilisateur récupéré après l'étape de
séparation telle que précédemment définie présente une
contamination et une moussabilité plus faibles. En
effet, de tels avantages sont obtenus grâce aux
propriétés moussantes et sorbantes des agents solides
présents dans la mousse de décontamination, de décapage
et/ou de dégraissage selon l'invention. L'effluent
ainsi récupéré peut être plus facilement traité,
éventuellement après une étape de minéralisation,
vitrifié ou bitumé.
Les différentes techniques mises en uvre
lors du procédé de décontamination, de décapage et/ou
de dégraissage selon l'invention telles que le
bitumage, la vitrification, la centrifugation, la
filtration, etc_ sont des techniques bien connues de
l'homme du métier.
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D'autres caractéristiques et avantages de
la présente invention apparaîtront encore à la lecture
des exemples ci-après donnés à titre illustratif et non
limitatif et faisant référence aux figures annexées.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 présente l'appareillage utilisé
pour générer des mousses selon l'invention ou de l'état
de la technique, et dont on quantifie le drainage par
des mesures de turbidité au cours du temps.
La figure 2 présente les cinétiques de
drainage obtenues avec les mousses acides
phosphonitriques de l'état de la technique ou selon
l'invention. Plus particulièrement, la figure 2
présente l'évolution au cours du temps des hauteurs
normalisées de liquide en fond d'éprouvette, pour des
mousses de l'état de la technique (mousses acides
phosphonitriques contenant 1, 2, ou 3 g/1 de gomme de
xanthane ou 0 g/1 de particules de silice) et des
mousses acides phosphonitriques selon l'invention i.e.
contenant 10, 15, ou 20 g/1 de particules de silice.
La figure 3 présente les cinétiques de
drainage obtenues avec les mousses alcalines de l'état
de la technique ou selon l'invention. Plus
particulièrement, la figure 2 présente l'évolution au
cours du temps des hauteurs normalisées de liquide en
fond d'éprouvette, pour une mousse alcaline de l'état
de la technique contenant 1 g/1 de gomme de xanthane et
pour une mousse alcaline selon l'invention contenant
10 g/1 de particules de silice.
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EXEMPLE 1 : Comparaison des cinétiques de drainage de
mousses viscosées et de mousses à particules
I. Mousses acides phosphonitriques.
On a étudié les propriétés de drainage de
mousses phosphonitriques préparées :
- à partir d'une solution moussante de
GLUCOPON 215 CS (société COGNIS) à 1,5 M de H3PO4, 1,5 M
de HNO3, et contenant un viscosant organique
biodégradable, la gomme de xanthane ;
- à partir d'une solution moussante
contenant les mêmes concentrations en tensioactif et en
acide, mais dans lesquelles l'agent viscosant est
remplacé par des particules d'Aerosil 380 à des
concentrations de 0, 10, 15, et 20 g/l. Les particules
d'Aerosil 380 commercialisées par DEGUSSA (ou STOCHEM)
sont des particules de silice fumée hydrophile
présentant une surface spécifique de 380 m2/g 30 m2/g.
Ces solutions moussantes ont été utilisées
pour générer des mousses de foisonnement contrôlé à
l'aide d'un générateur statique contenant des billes de
verre, selon le protocole détaillé dans la figure 1.
Les solutions préparées sont encore très
moussantes puisque des mousses de foisonnement de
l'ordre de 10 ont ainsi été préparées.
La cinétique du drainage de ces mousses est
suivie par le relevé de la turbidimétrie des mousses en
fonction du temps. Le principe de cette mesure est basé
sur la différence de comportement d'une mousse et d'un
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liquide lorsqu'ils sont éclairés par un faisceau
lumineux du proche infrarouge : la mousse le réfléchit
tandis que le liquide le transmet. Ainsi l'apparition
du liquide au fond des tubes échantillons contenant les
mousses se traduit par un signal qui croit avec le
temps.
La figure 2 présente l'évolution au cours
du temps des hauteurs de liquide en fond d'éprouvette,
pour des mousses contenant 1, 2, ou 3 g/1 de gomme de
xanthane, et 0, 10, 15, ou 20 g/1 de particules de
silice.
L'ajout d'environ 10 g/1 de silice permet
d'obtenir un temps de retard au drainage de l'ordre de
8 min, et il est même possible d'atteindre des temps de
l'ordre de 30 minutes pour une concentration de 20 g/l.
A titre de comparaison, la mousse dont la solution de
base contient 1 g/1 de gomme de xanthane présente un
temps de retard d'environ 2 minutes.
Les particules de silice introduites
remplissent donc parfaitement leur rôle de
stabilisateur de la mousse.
II. Mousses alcalines.
On a aussi étudié, avec le même dispositif
expérimental, les propriétés de drainage de deux
mousses alcalines composées d'hydrogénocarbonate de
sodium NaHCO3 à 1 M.
Une des solutions contient des particules
de silice Aerosil 380 à 10 g/1, et l'autre contient de
la gomme de xanthane à 1 g/l. Le tensioactif moussant
est, dans les deux cas, le GLUCOPON 215 CS (société
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COGNIS) à raison de 10 grammes de matière active par
litre.
La figure 3 présente l'évolution au cours
du temps des hauteurs de liquide en fond d'éprouvette,
5 pour la mousse alcaline contenant 1 g/1 de gomme de
xanthane ou 10 g/1 de particules de silice.
Comme montré sur la figure 3, l'ajout de
particules solides à la formulation de la mousse
alcaline entraîne là encore une nette stabilisation de
10 celle-ci. Cette stabilisation est par ailleurs plus
marquée que dans le cas des mousses acides, puisque
10 g/1 d'Aerosil correspondent environ à 2 g/1 de gomme
de xanthane.
15 EXEMPLE 2 : Comparaison des hauteurs de mousses formées
avec différents types de particules.
On a étudié la moussabilité de suspensions
de particules ne contenant aucun agent tensioactif
20 moléculaire.
Les particules étudiées ont toutes un c ur
de silice. Elles sont synthétisées par la méthode
développée par Kang et al. Certaines présentent une
surface fonctionnalisée et saturée par de
25 l'aminopropyltriethoxysilane (APTES), ce qui renforce
leur hydrophobie.
OEt
1 H2 __
EtO¨Si¨C
1 \
OEt ___________________________________________ NH2
Formule de l'APTES
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Les systèmes étudiés sont :
Concentration Fonctionnalisation Taille moyenne
Eau
Eau + Aerosil 380 20 g.I-1 I 60 - 600 nm
Eau + Si02 nue 20 g.I-1 I 700 30 nm
Eau + Si02+ APTES 20 g.I-1 APTES 700 30 nm
Les particules d' Aeros i 1 380 sont
commercialisées par STOCHEM. Le diamètre des particules
primaires est de 7 nm. En solution, la silice adopte
une structure d'agrégats fractaux de 60 à 600 nm.
La taille des particules de silice
colloïdale nue ou greffée est déterminée par
corrélation spectroscopique de photons sur un Zetasizer
Nano-ZS commercialisé par MALVERN.
La mousse est générée dans une colonne
analogue à celle développée par J.J. Bikerman. C'est
une colonne cylindrique en verre, d'une hauteur de
70 cm et d'un diamètre de 3 cm. Elle est munie à sa
base d'un fritté de taille 4, permettant de faire
buller de l'air comprimé à 3 bars dans la suspension.
Pour chacune des expériences de
caractérisation, nous introduisons 30 ml de la
suspension, au préalable passée aux ultrasons pendant
10 minutes. Le débit d'air est imposé à 40 1.h-1. La
hauteur de mousse formée au-dessus du liquide est
mesurée après 5 minutes de bullage.
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Les résultats obtenus sont les suivants :
Hauteur de
mousse
Eau 0 cm
Eau + Aerosil 20 g.I-1 -1 cm
Eau + Si02 nue 3,5 cm
Eau + Si02+ APTES 13,2 cm
L'eau contenant de l'
Aerosil 380 ne
foisonne pas lors du passage de l' air . En revanche un
début de foisonnement est obtenu avec les particules
colloïdales nues. Ce foisonnement devient très
important lorsque ces mêmes particules sont greffées.
La fonctionnalisation de la surface de
particules colloïdales favorise donc la moussabilité de
la suspension.
