La technologie des caméras résistantes aux rayonnements ouvre de nouvelles perspectives dans le démantèlement et l’inspection des installations nucléaires
La coopération entre le SCK CEN et MAGICS Technologies a abouti à la mise au point d’une caméra mobile de pointe résistante aux rayonnements dotée de la technique de spectrométrie.
Dans le cadre du projet ANUBIS, le centre de recherche nucléaire belge SCK CEN et la société technologique MAGICS ont uni leurs forces pour relever un défi majeur dans le secteur nucléaire : collecter des données fiables dans des endroits inaccessibles à l’homme. Leur solution est une caméra de pointe qui peut non seulement résister à des conditions de rayonnement extrêmes, mais aussi détecter et analyser les rayons gamma. Cette collaboration née en Campine belge a débouché sur un outil innovant qui facilite les inspections et permet un démantèlement plus sûr et plus efficient des installations nucléaires.
📸 Ces photos sont de MAGICS Technologies.
Dans les installations nucléaires, il y a des zones dans lesquelles l’homme ne peut ou ne doit tout simplement pas pénétrer. Nous pensons, notamment aux zones dans lesquelles les niveaux de rayonnement, par exemple, les cuves des réacteurs, les pipelines contaminés ou les cellules chaudes, où toute intervention humaine directe sans protection est exclue. Et pourtant, c’est précisément là qu’une surveillance précise est cruciale pour la sûreté, le contrôle opérationnel ou la préparation du démantèlement. Dans des environnements comme les cellules chaudes, les spécialistes doivent également effectuer des inspections visuelles ou manipuler le combustible usé à distance. La question suivante s’est imposée : comment pouvons-nous voir, mesurer et savoir ce qui se passe dans des endroits inaccessibles à l’homme ?
C’est ce défi qui a réuni le SCK CEN et la société technologique MAGICS. Leur réponse ? MAGICS exploite la technologie d’imagerie CMOS résistante aux rayonnements pour développer des systèmes de caméras capables de fonctionner dans des environnements à fort rayonnement. Le résultat est une caméra qui peut s’approcher des points chauds radioactifs et fournir à la fois des images visuelles et une spectrométrie gamma sur site pour une détection précise des rayonnements. Cette caméra s’avère particulièrement utile pour localiser et identifier les sources radioactives, par exemple, dans le cadre d’activités de démantèlement.
Grâce à cette technologie, les opérateurs pourront effectuer une surveillance à distance, mieux évaluer les risques et travailler en toute sécurité. Bien qu’il ne soit pas encore possible de contrôler l’ensemble de l’installation à distance, la caméra et le détecteur CZT peuvent déjà être placés à proximité des zones à fort rayonnement en gardant l’unité de contrôle à une distance sûre (jusqu’à environ 20 mètres dans ce premier prototype). À l’avenir, le système pourrait être miniaturisé et intégré dans une plateforme robotique mobile. Il peut également être contrôlé à distance via une connexion réseau. Ces possibilités seront étudiées plus en détail dans le cadre des travaux de R&D actuels et futurs.
CZT et Compton : la technologie en tandem
Le prototype de système de caméra mis au point par le SCK CEN et MAGICS est bien plus qu’un détecteur visuel robuste. Au cœur du système se trouve un détecteur CZT, un semi-conducteur particulièrement adapté à la détection des rayonnements gamma. Les détecteurs CZT peuvent non seulement détecter le rayonnement, mais aussi en faire une analyse spectrale. Ils détectent le rayonnement gamma et analysent sa signature énergétique pour déterminer les matières radioactives présentes.
Un autre aspect unique du prototype est qu’il pourrait évoluer et devenir une caméra Compton compacte à l’avenir. Le système utilise le principe de Compton, appliqué directement par le biais du détecteur d’image. Lorsque les rayons gamma entrent en collision avec des électrons, leur direction et leur énergie changent – c’est ce qu’on appelle l’effet Compton. En capturant plusieurs de ces interactions, la caméra peut reconstituer l’origine du rayonnement même sans vue directe. Les sources de rayonnement peuvent ainsi être rendues visibles dans des zones difficiles d’accès telles que les puits ou les réservoirs.
En mesurant ces interactions, le système peut non seulement déterminer l’emplacement de la source de rayonnement, mais aussi identifier le type de matière radioactive. Combiné à l’imagerie visuelle et à l’imagerie de profondeur, il permet de localiser et d’évaluer avec précision les points chauds de rayonnement, même dans des environnements clos ou confinés comme des canalisations ou de petits espaces. Les cristaux CZT compacts sont particulièrement adaptés aux environnements à fort rayonnement, car leur faible volume diminue le risque de saturation ou d’endommagement des détecteurs par des sources puissantes.
L’installation mobile du SCK CEN et de MAGICS combine donc la surveillance visuelle et l’imagerie des rayonnements dans un seul appareil portable : une solution 2 en 1 unique de grande valeur dans les environnements nucléaires dans lesquels la sécurité et la précision sont cruciales. La véritable innovation réside dans la manière dont les deux parties ont tout réuni : de la conception mécanique et électrique à la recherche avancée en spectrométrie gamma, en passant par le traitement de l’image et les algorithmes logiciels qui pilotent l’ensemble.
« Une prouesse qui change véritablement la donne »
« La caméra de détection des rayonnements va vraiment changer la donne », déclare Mahmoud Abdelrahman, ingénieur nucléaire au SCK CEN. « Elle combine la surveillance visuelle et la spectrométrie gamma, ce qui nous permet d’identifier les substances radioactives sur place. Contrairement aux systèmes existants, cette technologie peut fonctionner à proximité des zones dans lesquelles le niveau de rayonnement est élevé, ce qui permet une détection beaucoup plus précise des points chauds. Et, c’est là que réside la véritable avancée. Grâce à notre expertise en matière de modélisation des rayonnements, de simulations de Monte Carlo et d’étalonnage, le système est à la fois précis et fiable, ce qui ouvre de nouvelles possibilités de recherche et d’intervention dans des environnements extrêmes ».
MAGICS a développé l’électronique de base et le matériel du prototype. Cela comprend le module de la caméra avec détecteur d’image CMOS et puce de communication, ainsi que le matériel permettant de contrôler l’objectif motorisé résistant aux rayonnements. Une unité de contrôle mobile a également été développée, qui rend l’ensemble du système de caméra portable. Le SCK CEN a déterminé les exigences techniques, intégré le système dans un environnement nucléaire et conçu les composants mécaniques tels que le boîtier de la caméra et le système PAN/TILT. Le système s’intègre donc parfaitement dans les installations existantes, par exemple, dans les cellules chaudes. Le traitement des images a été développé par le SCK CEN, car il a été spécifiquement adapté à l’application dans le cadre de ce projet de recherche.
« Il s’agissait d’un processus intensif dans le cadre duquel nous avons tiré le meilleur parti de nos forces respectives », a déclaré Jelle Van Rethy, chef de produit chez MAGICS Technologies. « Bien que le développement d’une technologie résistante aux rayonnements relève entièrement de notre expertise de base, la construction d’un système de caméra complet revêtait un caractère plutôt exceptionnel pour nous. Avec le SCK CEN, nous avons développé un prototype unique destiné exclusivement à des fins de recherche. Ce système n’est pas un produit final, mais un démonstrateur qui nous a beaucoup appris sur les applications pratiques de notre technologie. Ces connaissances ouvrent également des perspectives à d’autres secteurs qui ont besoin d’une imagerie robuste et fiable dans des conditions extrêmes ».
Prêt pour poursuivre les recherches
La prochaine étape de la recherche ANUBIS consistera à développer davantage la fonction de caractérisation à l’intérieur de la caméra mobile. À terme, le SCK CEN souhaite rendre le système plus robuste et plus compact afin qu’il puisse être déployé à distance ou par l’intermédiaire d’un robot dans des zones de fort rayonnement.
Récap sur le projet ANUBIS & le plan de relance de la Belgique et de l’Europe
Petit retour en arrière jusqu’en 2021. C’est à ce moment que l’Union européenne a accordé au SCK CEN un financement pour le projet ANUBIS, acronyme de « Advancing NUclear dismantling in Belgium through Improving Sustainability ». L’objectif principal du projet est de développer des technologies et des compétences pour maximiser la réutilisation rentable des matériaux libérés lors du démantèlement des centrales nucléaires. Il implique également la construction d’une nouvelle installation de recherche, de développement et de démonstration, avec ses installations associées, afin de soutenir l’innovation dans les projets de démantèlement en Belgique.
Le projet s’inscrit non seulement dans le plan belgo-européen de relance économique après la pandémie de COVID-19, mais aussi dans le cadre du démantèlement durable des centrales nucléaires de Doel et de Tihange. La coopération entre le SCK CEN et MAGICS est un exemple concret de la manière dont ANUBIS mise sur l’innovation pour rendre le démantèlement des installations nucléaires plus intelligent, plus sûr et plus durable.
