Soutenance mémoire
Rejets accidentel de radionucléides dans l’atmosphère
Les activités nucléaires, civiles ou militaires, mettant en œuvre des substances radioactives sont susceptibles d’entraîner des rejets de radionucléides dans l’environnement, que ce soit dans des situations courantes ou accidentelles, ou de manière volontaires (essais nucléaires). Il faut savoir qu’une partie de la radioactivité présente dans l’environnement aujourd’hui, est due à des rejets importants de matières radioactives survenus dans le passé. Notamment ceux, dus aux essais de bombes atomiques et thermonucléaires des années 1950 et 1960 et à de vrais accidents nucléaires dont le principal est l’accident de Tchernobyl en 1986, en Ukraine.
La dispersion de radionucléides rejetées dans l’atmosphère, lors d’un rejet accidentel d’effluent radioactifs, dépendra de la hauteur du point d’émission et des conditions météorologiques sur le site de l’accident. Également, elle dépendra de la distribution de taille et de la forme chimique des substances libérées. En effet, les radionucléides vont se disperser dans l’atmosphère, être entraînés en fonction des vents et retomber au sol sous l’effet de la gravité et cela, sera de façon plus intense, en cas de pluie (phénomène de lessivage de la colonne d’air contaminée avec précipitation au sol des polluants radioactifs). En conséquence, la pollution radioactive de l’air est transférée aussi au sol. Les obstacles physiques à proximité du site de l’accident peuvent également affecter la dispersion initiale, en particulier dans le cas de rejets à faible hauteur. En revanche, cet effet devient insignifiant à des distances supérieures à quelques kilomètres de la source, et négligeable pour les rejets avec des hauteurs effectives élevées.
L’ampleur d’un rejet radioactif dépend de la nature de l’accident, et il est caractérisé par le terme source de l’accident. Ce dernier, est décrit par le débit d’émission pour chaque radionucléide et la composition isotopique du rejet, mais aussi par les paramètres pertinents pour la dispersion atmosphérique (la position de la source du rejet, la hauteur effective du rejet, le contenu de l’énergie et la vitesse du rejet). L’accident de Tchernobyl constitue l’exemple typique d’une contamination à grande échelle de l’environnement. En effet, 100% des gaz nobles, 55% de l’iode-131 et 33% de césium-137 et -134 de l’inventaire du cœur du réacteur accidenté ont été relâchés dans l’atmosphère. La haute température du rejet a conduit à une augmentation significative de la hauteur effective du nuage radioactif (jusqu’à environ 1 000 m). Cela a conduit au transport de la radioactivité sur des distances très importantes, et des grandes parties de l’Europe ont été touchées. En France, l’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) considère essentiellement deux scénarios typiques d’accidents. Un rejet d’ampleur bien moindre dont la durée est d’une heure, qui peut être dû à une rupture de tubes de générateur de vapeur. Le deuxième scénario d’accident est un rejet important dû à une perte de réfrigérant primaire conduisant à la fusion totale et rapide du cœur, et qui dure plusieurs jours.
L’irradiation du public, conséquence d’un rejet de matières radioactives dans l’environnement, peut survenir par un certain nombre de voies d’exposition différentes : l’immersion dans le panache radioactif dans l’atmosphère ou dans de l’eau contaminée, l’inhalation de matières radioactives aéroportées, l’irradiation à partir de radionucléides déposés et l’inhalation à la suite de leur remise en suspension dans l’air et l’ingestion d’aliments et d’eau contaminés. L’exposition par irradiation externe à partir de radionucléides aéroportés ne se produit que durant le passage du panache radioactif. La période d’exposition varie en fonction de la durée du rejet, des conditions atmosphériques et du temps de séjour des sujets exposés. Les matières déposées sur le sol peuvent donner lieu à une exposition durant et après le passage du panache radioactif. Les matières radioactives inhalées par des sujets immergés dans le panache radioactif peuvent être retenues dans l’organisme et être à l’origine d’une irradiation interne sur une période prolongée.
Surveillance de radionucléides
En cas d’incident radiologique entraînant la dispersion des matières radioactives dans l’environnement, la mise en œuvre effective des mesures sécuritaires pour la protection du public dépendra largement du degré de préparation. Cela, devrait inclure l’élaboration de plans d’urgence pour contrôler et limiter les conséquences de l’accident.
L’Agence Internationale de l’Énergie Atomique (AIEA) a publié un guide d’exigences de sécurité intitulé Preparedness and Response for a Nuclear or Radiological Emergency (IAEA, 2002) dans lequel il est exigé la mise en place de critères opérationnels permettant d’évaluer rapidement les résultats de la surveillance environnementale en vue d’implémenter des mesures effectives d’urgence et à long terme pour protéger le public contre l’exposition aux radionucléides rejetés dans l’environnement lors d’accident nucléaire ou radiologique. En accord avec ces exigences et aussi de l’expérience acquise dans la plus part des pays européens touchés par l’accident de Tchernobyl, beaucoup d’États membres de l’AIEA ont établi des systèmes de surveillance pour détecter le passage d’un panache radioactif rejeté dans l’atmosphère lors d’un accident survenant sur une installation nucléaire. Généralement, ces systèmes de surveillance vise à surveiller les radionucléides sur deux échelles spatiales : à l’échelle locale, par le biais d’un réseau de stations installées autour une centrale nucléaire, et à l’échelle nationale, à travers un réseau de mesure couvrant le territoire du pays.
Par ailleurs, à l’échelle européenne la décision 87/600/Euratom du Conseil du 14 décembre 1987 exige des États membres l’échange rapide d’informations et de données en cas de situation d’urgence radiologique. Cette échange de données se fait par le biais d’un réseau automatisé de surveillance montré sur la figure 1.1 (voir Galmarini et al., 2008). En cas d’accident nucléaire, ce réseau sera indispensable pour surveiller le nuage radioactif à l’échelle régionale. L’exemple typique de la surveillance des radionucléides à l’échelle planétaire est celui du réseau de radionucléide de l’IMS (The International Monitoring System), mis en œuvre dans le cadre du Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty (CTBT) pour détecter les radionucléides provenant d’un essai nucléaire. Aujourd’hui, ce réseau est constitué de 80 stations de mesure d’aérosols de radionucléides (Karhu, 2004).
Généralement, on distingue trois phases différentes en cas d’accident nucléaire :
♦ la phase initiale ; c’est-à-dire la phase avant rejets de substances radioactives dans l’atmosphère ;
♦ la phase accidentelle : lorsque les substances radioactives rejetées dans l’atmosphère sont entraînées par les vents dominants et donnent lieu à une exposition externe par le nuage radioactif et une exposition interne par des aérosols inhalés ;
♦ la phase post-accidentelle : cette phase peut perdurer des jours, mois, voir des années. Cette phase est caractérisée par l’exposition externe liée aux substances radioactives déposées au sol et par l’exposition interne par des denrées alimentaires contaminées.
Les réseaux de surveillance basés uniquement sur les stations de mesure du débit de dose gamma ont une valeur limitée pour délimiter et surveiller l’évolution du nuage radioactif, parce qu’ils ne peuvent pas distinguer entre l’activité radioactive dans l’air et celle déposée au sol. Les stations de mesure en continu d’aérosols de radionucléides sont donc préférés. Cependant, elles ont l’inconvénient d’un coût plus élevé initial et de maintenance (Janssens et al., 1993). Pour cette raison, seules quelques stations équipées d’un spectromètre gamma sont utilisés pour donner une information qualitative sur la composition du panache radioactif. Les stations de débit de dose gamma, en vue de leur coût d’installation et de maintenance relativement faible, et de leur large gamme de sensibilité, elles servent essentiellement à l’alerte précoce et à l’évaluation de la situation radiologique dans la phase d’urgence d’un accident. Cependant, elles ne peuvent pas constituées une base pour la mise en place de contre-mesures d’urgence dans la phase post-accidentelle parce que, dans cette phase, une carte relativement complète de la contamination radioactive exige de réaliser beaucoup de mesures supplémentaires à l’aide de stations mobiles.
En France, en cas d’urgence radiologique c’est l’IRSN (Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire) qui est chargé de renseigner au mieux l’ASN (Autorité de Sûreté Nucléaire) sur le risque présent et à venir et ce, en temps réel.
L’IRSN a la responsabilité d’assurer une surveillance régulière de la radioactivité dans les différents compartiments de l’environnement (air, sol, eau, chaînes alimentaires). À l’échelle nationale, la mesure dans l’air est assurée principalement par deux réseaux automatisés de télésurveillance : le réseau TELERAY et le réseau SARA. Le premier, est constitué de 164 stations mesurant le débit de dose gamma : 38 autour des sites nucléaires, 120 réparties sur le territoire métropolitaine et 6 dans les DOM TOM. Le deuxième réseau est constitué de 13 stations assurant la mesure en continu d’aérosols de radionucléides dans l’air.
Le besoin des mesures de radioactivité dans l’environnement en cas d’accident ne ce limite pas uniquement à obtenir des estimations rapides et détaillées pour la mise en œuvre des contre-mesures a priori, mais aussi en cas d’accident distant d’un rejet modéré, il sera nécessaire d’effectuer un grand nombre de mesures en vue d’une évaluation précise a posteriori de l’impact radiologique. Une telle évaluation répond au besoin d’une information adéquate à l’égard du public et, peut servir à d’autres investigations scientifiques.
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Table des matières
1 Introduction
1.1 Rejets accidentel de radionucléides dans l’atmosphère
1.2 Surveillance de radionucléides
1.3 Cadre de la thèse
2 Construction optimale de réseaux de mesure : Théorie
2.1 Introduction
2.2 Géostatisitique
2.2.1 Processus stochastiques
2.2.2 Structure de corrélation spatiale
2.2.3 Krigeage
2.2.4 Prédiction spatiale
2.3 Conception d’un réseau optimal de mesures
2.3.1 Théorie de l’optimal design
2.3.2 Optimalité basée sur la théorie de l’information
2.3.3 Autres critères d’optimalité
2.3.4 Conception optimale d’un réseau pour l’assimilation de données
2.3.5 Algorithmes stochastiques d’optimisation : Le recuit simulé
2.4 Conclusion
3 Exemple d’application à la qualité de l’air
3.1 Introduction
3.2 Optimisation du réseau lillois
3.3 Optimisation du réseau de la BDQA
3.3.1 Le réseau de la BDQA
3.3.2 Données d’ozone
3.3.3 Étude géostatistique
3.3.4 Interpolation spatiale
3.3.5 Optimisation du réseau de la BDQA
3.3.6 Redéploiement optimal du réseau de la BDQA
3.4 Conclusion
4 Surveillance de radionucléides en champ proche
4.1 Introduction
4.2 Météorologie locale sur le site nucléaire du Bugey
4.3 Base de scénarios de rejets accidentels
4.4 Modèle spatial de corrélation
4.5 Optimisation
4.5.1 Choix des sites potentiels
4.5.2 Fonction coût utilisée
4.6 Résultats
4.6.1 Minimisation de J(2) versus un seul scénario
4.6.2 Minimisation de J(2) versus la base d’accidents
4.7 Conclusion
5 Conclusion
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