Cette catégorie comprend les robots de démolition et les robots destinés à la désactivation ou au déclassement de complexes nucléaires, chimiques, de déchets, militaires et autres complexes dangereux. La désactivation et le déclassement (D&D), ainsi que les activités post-accidentelles, sont généralement réalisés par télémanipulation. L'opérateur se trouve généralement dans une cabine sécurisée ou actionne les robots/manipulateurs à une distance sûre. Les robots sont fréquemment utilisés dans le processus de démantèlement des centrales nucléaires.
Types d'opérations effectuées par le robot
À ce jour, environ 180 réacteurs nucléaires commerciaux, expérimentaux ou prototypes, et plus de 500 réacteurs de recherche ont été retirés de la circulation. La plupart des parties d'une centrale nucléaire ne deviennent pas radioactives ou ne sont contaminées qu'à de très faibles niveaux..
Des techniques et des équipements éprouvés sont disponibles pour démanteler les installations nucléaires en toute sécurité et ont été bien démontrés dans plusieurs régions du monde. Les coûts de démantèlement des centrales nucléaires, y compris l'élimination des déchets associés, diminuent et ne représentent qu'une faible fraction du coût total de la production d'électricité.
Actuellement, 18 réacteurs de puissance commerciaux sont en cours de déclassement, et environ 400 réacteurs nucléaires civils seront fermés au cours des deux prochaines décennies, dont la moitié environ seront déclassés. La démolition des structures s'accompagne souvent de risques considérables, car les différentes pièces se désagrègent. Les tâches typiques comprennent :
- Décontamination active par des traitements de surface physiques/chimiques (collecte, élimination, dépôt de surface, élimination de la contamination pénétrant dans le béton)
- Recueillir les fluides, les débris, les déchets et le matériel décontaminés.
- Collecte et traitement des déchets (secondaires) de décontamination
- Transport et dépôt de matériaux contaminés
- Traitement de surface (par exemple, pour l'application d'un joint) du matériau
- Procédés physiques (découpe, perçage, fraisage, etc.) pour le démantèlement des structures
- Sondage et mesures actives (géométrie, contamination, etc.)
Certaines opérations sont plutôt rudimentaires, comme le démantèlement de structures de bâtiments et l'enlèvement de débris. D'autres procédures peuvent impliquer le démontage minutieux d'équipements et de dispositifs, la réduction de la taille et l'emballage de la manutention/du stockage. Souvent, des outils tels que des cisailles hydrauliques et des clés à chocs sont utilisés. Dans la plupart des cas, ces robots sont constitués d'une partie mobile avec un manipulateur hydraulique embarqué sur lequel est monté un outil de démolition à son extrémité.
Brokk a développé une série de machines hydrauliques à entraînement électrique qui peuvent passer par des portes étroites, descendre des escaliers et pénétrer dans des zones à très forte dose. Elles sont utilisées à Fukushima pour inspecter, filmer et enlever les débris des zones très exposées des réacteurs endommagés. Brokk a ajouté des effecteurs de manipulateur, comme un manipulateur de cellule chaude avec des capacités de charge dépassant 75 kg.
L'application de la robotique à la coupe de tuyaux, de conduits électriques, de chemins de câbles, d'acier de construction et à la scarification du béton est pratiquement illimitée..
De nombreux fabricants proposent des manipulateurs soit fixes, soit montés sur un portique ou une plate-forme mobile pour la saisie d'objets, la manipulation ou le guidage d'outils. Le LMF (“Leichtes Manipulator-Fahrzeug,&rdquo ; “Easy Manipulator Vehicle&rdquo ;) fabriqué par Cybernétix (aujourd'hui Technip) est un véhicule modulaire permettant d'intervenir à distance dans des installations nucléaires. La base mobile, qui peut franchir des obstacles tels que des escaliers, est équipée d'une télémanipulation hydraulique lourde (retour de force). Les commandes, les données et les images vidéo sont transmises par un câble ombilical ou par un système radio utilisant la technologie à spectre étalé.
Cybernétix a également développé une gamme de porteurs équipés de bras manipulateurs à commande hydraulique ou électrique, avec ou sans réflexion de force. Une sélection de mains téléopérées pour le démantèlement est produite par Wälischmiller Engineering.
Les opérations de découpe laser dans la cuve du réacteur à neutrons rapides Superphénix (actuellement en cours de démantèlement à Creys-Malville, France) ont été réalisées à l'aide de CHARLI, un petit appareil télécommandé (DUA) équipé d'un bras robotisé avec une tête de découpe laser et plusieurs caméras de vision..
Il a été spécialement conçu pour se déplacer à l'intérieur de structures de pipelines fermées et peut résister à des conditions environnementales très difficiles avec des niveaux élevés de rayonnement et de température, ainsi qu'à la présence de sodium, d'aérosols et d'argon..
Dans le réacteur 4 de Tchernobyl : le robot à pattes Spot de Boston Dynamics a été utilisé pour générer une carte thermique des radiations qui se sont échappées du sarcophage fait de béton et d'acier, dans lequel le réacteur était recouvert. Le robot a été équipé d'un capteur de rayonnement collimaté et exploité par des chercheurs de l'université de Bristol, de l'autorité britannique de l'énergie atomique, de l'initiative Robotics and Artificial Intelligence in Nuclear et du National Centre for Nuclear Robotics..
Les travaux de démantèlement de la centrale nucléaire de Fukushima-Daiichi sont toujours en cours : Diverses technologies robotiques ont été considérées comme essentielles à la réussite ; par conséquent, des offres publiques de technologies applicables sous forme de catalogue technique ont été sollicitées par le ministère de l'Économie, du Commerce et de l'Industrie du Japon en 2012. Des robots ont été introduits sur le site de la catastrophe pour le nettoyage et le démantèlement..
En raison de la pandémie de Covid-19, l'enlèvement des débris sera reporté d'environ un an.
À ce jour, la construction de routes est encore principalement réalisée par des machines guidées manuellement ou partiellement automatisées. Travailler à proximité des voies d'autoroute est un travail bruyant et dangereux qui, pour ces raisons, se prête à l'automatisation..
Un exemple de nouvelle méthode de construction de routes et de démolition de murs est proposé par Conjet, qui produit des machines automatisées à jet d'eau haute pression. Ce procédé, appelé hydro-démolition, utilise un jet d'eau à haute pression pour enlever le béton des structures sensibles, telles que les ponts, les terrasses de parking, les barrages, les canaux, les tunnels, les quais et les jetées, en liaison avec la réparation du béton.
Ces robots sont également utilisés pour d'autres applications de jet d'eau, telles que la scarification ou la rugosité des surfaces, le nettoyage et le décapage. Il est également possible de fixer des perceuses électriques aux bras du robot.
Des jets d'eau puissants peuvent être utilisés pour réparer et déconstruire efficacement les routes. Les robots peuvent guider avec précision des jets d'eau à haute pression pour découper et enlever le béton des ponts, des routes et des murs des bâtiments. En raison du recul, de la précision et de l'émission de bruit associés à ces machines, celles-ci fonctionnent de manière automatique. Pour démolir les structures en acier et en métal, le bras du robot peut également être équipé de torches oxycombustibles..
Niveau de distribution
L'industrie de l'énergie nucléaire est un utilisateur important de robots, bien qu'il s'agisse le plus souvent d'unités hautement spécialisées produites en quantités relativement faibles. Avec la construction prévue de nouvelles centrales dans de nombreux territoires, combinée aux tâches massives de démantèlement à venir, les perspectives sont fortes pour des solutions robotiques innovantes dans cette industrie. Par conséquent, les robots destinés à la démolition générale des complexes de construction et au démantèlement ou à l'entretien des centrales nucléaires, des industries chimiques, du traitement des déchets ou des complexes militaires présentent un potentiel de marché important..
Considérations sur les coûts et avantages et défis marketing
Le démantèlement d'un site nucléaire est coûteux : Alors qu'en Allemagne, 38 milliards d'euros ont été prévus pour le démantèlement de 17 réacteurs nucléaires, la UK Nuclear Decommissioning Authority estime que l'assainissement des 17 sites nucléaires britanniques coûtera entre 109 et 250 milliards d'euros au cours des 120 prochaines années, soit entre 1,4 et 2,7 milliards d'euros par giga-watt. La France n'a prévu que 23 milliards d'euros pour le démantèlement de ses 58 réacteurs.
Lors du démantèlement des centrales nucléaires, il est souvent difficile, voire impossible, d'avoir recours au travail manuel en raison du risque de radiation ou de contamination chimique. En revanche, il est possible dans ce cas d'utiliser un robot de démolition dans la zone à décontaminer, à démanteler ou à démolir. Pour être réellement efficace, le robot doit être agile dans le sens où il doit pouvoir couper des tuyaux, conditionner des matériaux dans des conteneurs, démolir des murs ou transporter des matériaux, etc. Enfin, il doit pouvoir être démonté pour être transporté vers une zone de stockage. Enfin, il doit être démonté pour être transporté vers une zone de stockage. Le principal défi est que le robot doit être extrêmement fiable, car il est pratiquement impossible de réparer ou de mettre à niveau le système une fois qu'il a été déployé. Pour des raisons de sécurité et en raison de la complexité de la tâche, ces robots sont généralement télécommandés avec un degré d'autonomie limité. La difficulté de combiner une détection et un retour d'information robustes avec une durabilité et une flexibilité élevées représente un obstacle important à un déploiement plus large.
La plupart des dispositifs robotiques actuels n'ont que peu d'autonomie ou même de mouvement programmé ; invariablement, il y a un humain dans la boucle de contrôle et il est probable qu'il continue. La plupart des systèmes appliquent une simple télécommande, une téléopération ou une manipulation maître/esclave et entrent généralement dans l'une des trois grandes catégories suivantes :
- Solutions personnalisées, relativement coûteuses, à des problèmes spécifiques.
- Matériel d'usage général, modifié pour cet usage.
- Systèmes fabriqués à partir de composants standard (COTS), tels que les bras manipulateurs à usage intensif (à entraînement hydraulique).
L'industrie de l'énergie nucléaire utilise des robots pendant la construction des centrales, les opérations de maintenance liées au démantèlement et l'élimination des déchets. L'Agence pour l'énergie nucléaire (AEN) explique dans un rapport de l'OCDE de 2011 sur le Programme coopératif de démantèlement (CPD) : “En ce qui concerne l'utilisation de la robotique, le CPD a observé que [&hellip ;] les robots pourraient avoir une applicabilité pratique limitée dans le démantèlement, contrairement aux attentes antérieures selon lesquelles les méthodes robotiques seraient largement utilisées dans la décontamination et le démantèlement des structures et composants radioactifs, même si elles resteront nécessaires pour certaines applications, en particulier dans les zones à haut rayonnement. Le nettoyage et la vérification en vue de la libération ou de la déclassification de structures en béton contaminées par des particules alpha, où l'infiltration de la contamination dans les fissures et le long des pénétrations de tuyaux, se sont avérés très difficiles et, en fait, dans certains cas, ont incité les autorités à imposer des critères de libération beaucoup plus stricts...&rdquo ;.
Cependant, en décembre 2019, l'AEN a créé un groupe d'experts sur l'application de la robotique et des systèmes à distance dans le back-end nucléaire, composé de 40 experts représentant 14 pays membres et trois organisations internationales, afin d'échanger des informations et d'explorer des activités conjointes potentielles....
Des moyens de surmonter ces limitations ont été identifiés, comme “…le coût élevé du développement de la technologie robotique comme un obstacle à l'obtention d'un ensemble de technologies robotiques et/ou à distance (plates-formes et outils) pour des opérations efficaces dans des zones fortement irradiées ou contaminées. Les principaux défis à relever pour surmonter les coûts élevés et développer et intégrer plus complètement la robotique dans les projets de déclassement sont les suivants :
- Développer une connaissance et une appréciation plus complètes et plus larges des capacités robotiques qui existent actuellement et de celles qui ont été utilisées avec succès dans des projets de déclassement..
- Arrêtez de réinventer des technologies qui existent déjà, puis d'abandonner l'équipement lorsque le projet est terminé. Si chaque projet de démantèlement insistait pour concevoir et fabriquer ses excavatrices, ses grues et autres équipements à partir de rien, ils seraient également d'un coût prohibitif....
- Gérer le déclassement pour devenir un mécène fiable consécutif de l'industrie robotique et permettre de répartir les coûts des nouveaux développements et des avancées sur plusieurs projets de déclassement..
- Intégrer la nouvelle génération, plus compétente sur le plan technique, dans la génération actuelle, plus âgée et acquise, de responsables de la recherche et du développement qui se méfient de la technologie et pensent qu'il est plus simple et plus rentable d'affecter de la main-d'œuvre à une tâche..
- Financer la recherche en aval de la filière R&d afin d'influencer le développement et l'essai des capacités robotiques qui s'appliquent à la R&d nucléaire au lieu d'essayer de les adapter après avoir été développées pour d'autres applications dans d'autres industries et dans le domaine militaire.
Une analyse des raisons pour lesquelles les robots japonais n'ont pas joué un rôle prépondérant dans la réponse à la catastrophe nucléaire de Fukushima est instructive en ce qui concerne les défis ci-dessus.&rdquo ;
Cependant, il existe une forte tendance à utiliser des systèmes plus polyvalents, tant en ce qui concerne le degré d'automatisation que la mobilité. Les capteurs avancés, la réalité augmentée et l'amélioration de l'interaction homme-machine ou de la convivialité ont augmenté les avantages pratiques de la technologie des robots. En ce qui concerne plus particulièrement la catastrophe de Fukushima, ce projet de déclassement devrait devenir l'un des plus grands défis techniques de notre époque : Il faudra probablement 40 ans pour le mener à bien, pour un coût de 15 milliards de dollars. L'opération fera intervenir des escadrons de robots de pointe. Au cours du premier semestre 2017, une série d'investigations visuelles utilisant des équipements et des robots télécommandés a été réalisée pour identifier l'état des vaisseaux à l'intérieur, ainsi que la répartition des débris de combustible dans les trois unités.
À l'été 2017, comme indiqué dans la feuille de route du gouvernement, les politiques de récupération des débris de combustible de chaque unité ont été présentées et ont donné lieu à une discussion sur celle qui devrait être la première à subir une récupération des débris de combustible en 2018. En 2019, le premier test a été effectué, qui comprenait le soulèvement et le déplacement des débris de combustible par un bras robotisé. Bien que les tests se soient soldés par des résultats positifs, il est prévu que l'opération de nettoyage ne commence pas avant 2022, car les plans initiaux prévoyant un démarrage en 2021 ont dû être reportés en raison de la pandémie de Covid-19..
Il convient de noter que la catastrophe de Fukushima a motivé dans une large mesure le défi robotique de la DARPA. Le défi de la DARPA en 2020 était axé sur la robotique souterraine, qui peut fonctionner dans des environnements souterrains complexes..
Fukushima a également motivé le Disaster Challenge lors du World Robot Summit 2018 à Tokyo.
Même dans les environnements non nucléaires, il existe souvent un risque considérable associé à la démolition de structures, par exemple l'arrachage d'un plafond. À cette fin, une race spéciale de robots a été développée. Ces robots sont généralement téléopérés à partir d'un panneau de commande sans fil. Il est toutefois caractéristique qu'il s'agisse d'un marché de niche et que de nombreux fournisseurs ne considèrent pas leurs véhicules comme des systèmes robotisés, mais plutôt comme des véhicules de démolition équipés d'une grue hydraulique permettant de manipuler les murs, les plafonds, les tuyaux, etc..