Les boîtes à gants

La manipulation des sels fluorés en boîte à gants permet à la fois de répondre aux critères de conservation des composés ainsi qu’aux conditions de protection des expérimentateurs. En effet, les fluorures présentent une certaine toxicité liée aux interférences possibles avec les équilibres de notre système physiologique qui comporte dèjà des ions du même type (Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺ Li⁺, F^-, …) (voir fiche toxicologique n°191 sur le site INRS www.inrs.fr).

Les fluorures sont des composés stables et peu réactifs. Certains cependant, comme KF et ZrF₄, sont sensibles à la présence de vapeur d’eau qui conduit à température ambiante à une hydrolyse :

2KF +H₂O --> K₂O +2 HF

particulièrement néfaste. Cette réaction transforme le composé fluorure en composé oxyde, et implique le risque de devoir gérer la présence de fluorure d’hydrogène HF, corrosif et toxique.

Tous les fluorures que nous utilisons (LiF, KF, NaF, CaF₂, ZrF₄) sont livrés sous forme de poudre. Les résultats d’analyse reçus à l’achat concernent les polluants intrinsèques au sel (taux d’autres cations métalliques) mais malheureusement pas les effets dûs à un contact plus ou moins prolongé avec l’air durant, la fabrication, le conditionnement ou le stockage. Pour garantir une qualité parfaite des produits, une étape préalable de purification serait en fait nécessaire, assortie d’un contrôle du taux d’oxyde initial et final contenu dans les fluorures. Cette étape, envisageable à terme, n’est actuellement pas implémentée sur nos installations, les poudres sont utilisées après un dégazage sous vide primaire à 300°C et conservées dans les boîtes à gants sous argon purifié. La teneur en vapeur d’eau et en oxygène est contrôlée, les taux d’eau et d’oxygène maintenus sont de l’ordre du ppm (2 ppm pour l’oxygène, moins du ppm pour l’eau). Les boîtes à gants fonctionnent en  « mode dépression » entre -15 et -30 mbar ce qui impose une constante surveillance de l’étanchéïté. Cette configuration est la plus adaptée cependant pour assurer en toute circonstance la protection des expérimentateurs.

L’installation utilisée au laboratoire est constituée d’une chaîne de trois boîtes à gants de forme et taille différentes communiquant entre elles. Le schéma ci-dessous montre une vue de dessus de l’ensemble.

La boîte de gauche est munie de balances et d’un mélangeur, c’est la boîte la plus petite mais on peut y stocker des sels sous forme de poudre en quantité ne dépassant pas quelques kilogrammes.

La boîte centrale est équipée d’une enceinte dépassant sous la boîte. Cette cuve de  240 mm de diamètre, visible sur la photographie, est munie d'un four à trois zones de chauffe qui vient se placer autour. La boîte de droite, de grandes dimensions (deux expérimentateurs de chaque côté ne peuvent pas se toucher même en tendant les bras au maximum), a jusqu’ici été utilisée comme zone de stockage de sel sous forme massive, d’usinage et de dégazage de matériaux. Il est prévu d’y insérer deux zones d'expérimentation sur des petites quantités de fluorure liquide.

Quelques exemples d’expérimentations :

• Travaux de mise au point des conditions d’obtention de lingots de fluorure de ⁷Li avec une forme particulière permettant l’insertion d’un détecteur en leur centre (photo de droite). Les moules utilisés sont en graphite, les essais ont été menés sur du lithium non enrichi (le lithium naturel contient une proportion de 7,5 % de ⁶Li). L’objectif était d’obtenir une structure compacte et homogène, exempte de porosité. La photographie de gauche montre la stucture de solidification que l’on obtient si l’on ne prend pas de précaution particulière lors de la cristallisation.

• Test d’une vanne à boisseau sphérique montée entre deux réservoirs contenant du LiF-NaF fondu. L’expérience a été montée en collaboration avec J. Etay (SIMAP - Saint Martin d’Hères). L’ensemble vanne et réservoirs, visible sur la photographie de gauche avant sa mise en place dans la boite à gants, a été testé entre 690° et 750°. Ces essais ont été suivis d’étapes de caractérisation microscopique des différents éléments constituant la vanne.