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Décapage thermomécanique en voie sèche par jet d’azote cryogénique

Le décapage consiste à éliminer une couche de matière (revêtement ou couche d’oxydes) présente à la surface d’un substrat. Les techniques les plus anciennes sont mécaniques (sablage, grenaillage, jet d’eau), chimiques et thermiques à haute température (laser, induction) ou à basses températures (CO₂ carboglace, neige carbonique, CO₂ cryogénique). Dans cet article, on décrit une technologie récente et émergente à base de jet d’azote N₂ cryogénique proche de l’état supercritique, procédant par voie sèche et combinant des effets mécaniques (énergie d’impact du jet – avec ou sans abrasif –, effet de souffle) à des effets thermiques basse température. Cette nouvelle technologie révolutionne le décapage en raison de son efficacité, de sa souplesse, de sa polyvalence, et de son très faible impact environnemental grâce, en particulier, au recyclage naturel de l’azote dans l’atmosphère après l’opération de décapage ; de surcroît, sa mise en œuvre est sûre pour les opérateurs.

Le décapage à l’azote cryogénique consiste à impacter la surface d’un matériau « revêtu » avec un jet d’azote qui a été préalablement refroidi (– 110 à – 160 °C) et mis sous pression (300 à 3 700 bars) afin de l’amener dans un état proche de l’état supercritique. En sortie de buse, ces caractéristiques évoluent rapidement lors de la détente dans l’atmosphère, mais elles sont suffisantes pour dégrader différents types de revêtement en créant des chocs thermiques à l’impact, dans l’épaisseur du revêtement, et à l’interface substrat/revêtement. En effet, le choc thermique génère des fissures du revêtement ou des décollements à l’interface ; la pression dynamique du jet et l’effet de souffle conduisent finalement à l’enlèvement partiel ou total du substrat. Le décapage sans endommagement du substrat est contrôlé grâce au bon choix des paramètres opératoires en fonction de la nature du revêtement à enlever.

Les domaines d’application sont nombreux et variés. La technique a été initialement développée pour le décapage de matériaux dans les industries de l’aérospatial et du nucléaire. Des travaux récents montrent son intérêt pour le décapage de moules de fonderie, de peintures sur métaux, de couches d’oxydes métalliques, et pour la fracturation de matériaux poreux tels que des bétons.

L’intérêt de la technologie est l’évaporation, après l’impact, de l’azote, constituant principal de l’air ambiant. Totalement neutre pour l’environnement, cette technologie permet de supprimer les inconvénients des autres techniques de décapage mécanique ou chimique, qui nécessitent le traitement d’effluents ou de résidus secondaires.

L’objectif de cet article est de décrire la nouvelle technologie de décapage au jet d’azote cryogénique et de la comparer aux autres procédés de décapage traditionnels. L’approche technico-économique utilisée donnera au lecteur une vision précise de cette technologie émergente, et lui permettra d’en comprendre les principes physiques et technologiques et d’en estimer le potentiel vis-à-vis de diverses utilisations, en particulier dans le cadre du développement de technologies durables.