LES AÉROSOLS ULTRAFINS : MÉTROLOGIEDES NANOPARTICULES, CARACTÉRISATIONDES ÉMISSIONS ET FILTRATIONL’utilisation de lasers lors du démantè<strong>le</strong>ment et de l’assainissementdes installations nucléaires s’accompagne del’émission d’aérosols ultrafins, susceptib<strong>le</strong>s de poser desproblèmes spécifiques de mesure, de confinement et defiltration, et de conduire à des nuisances radiologiquespour <strong>le</strong>s personnels d’intervention.Afin d’apprécier <strong>le</strong>s risques induits par ces particu<strong>le</strong>s ultrafines,il est nécessaire de disposer de moyens de mesurepertinents et de caractériser <strong>le</strong>s sources d’émission ; ilconvient de plus de disposer de moyens de confinementappropriés. Une étude menée à l’<strong>IRSN</strong>, en partenariatavec <strong>le</strong> CEA et Areva NC, vise à caractériser <strong>le</strong>s particu<strong>le</strong>sproduites lors du décapage de peintures par laser. Lesparticu<strong>le</strong>s formées ont des tail<strong>le</strong>s comprises entre 5 et100 nm ; une relation entre <strong>le</strong>ur nombre et l’énergiedéposée par unité de surface (appelée fluence) par <strong>le</strong> lasersur <strong>le</strong> matériau a été mise en évidence ; el<strong>le</strong> faciliterala conception de dispositifs de confinement adaptés.Des scénarios d’incendie dans l’installation DIVA.dans <strong>le</strong> cas de particu<strong>le</strong>s représentatives de la réalité industriel<strong>le</strong>,tel<strong>le</strong>s que <strong>le</strong>s agrégats de nanoparticu<strong>le</strong>s.Certaines études récentes montreraient par ail<strong>le</strong>urs uneréduction du rendement d’épuration des filtres classiquesà fibres, pour des particu<strong>le</strong>s de tail<strong>le</strong> inférieure à 25 nm, cequi contredirait <strong>le</strong>s connaissances actuel<strong>le</strong>s sur la filtration.L’<strong>IRSN</strong> peut apporter dans ce domaine des éléments decompréhension, en proposant une méthode soigneusementvalidée avec <strong>le</strong> développement d’un banc de productionde nanoparticu<strong>le</strong>s étalons entre 3 et 40 nm et l’utilisationde filtres idéaux (gril<strong>le</strong>s métalliques calibrées), dont <strong>le</strong>sperformances sont faci<strong>le</strong>ment modélisab<strong>le</strong>s. Les premiersrésultats obtenus en 2006 n’ont pas mis en évidence dediminution du rendement d’épuration des gril<strong>le</strong>s idéa<strong>le</strong>spour <strong>le</strong>s particu<strong>le</strong>s de tail<strong>le</strong> inférieure à 25 nm.Dans un cadre plus général, <strong>le</strong> développement des nanotechnologiesamène à s’interroger sur <strong>le</strong>s risques associésaux nanoparticu<strong>le</strong>s dans un domaine de dimensions allantde 1 à 100 nm. De récentes études montrent que, pourévaluer <strong>le</strong>ur toxicité, il serait plus approprié de raisonneren termes de surface déployée qu’en termes de masse.À l’<strong>IRSN</strong>, des travaux ont été engagés en collaboration avecl’INRS sur la métrologie de la surface déployée des nanoparticu<strong>le</strong>s.Les premières réf<strong>le</strong>xions ont permis d’identifieren 2006 <strong>le</strong>s mécanismes physiques pouvant être mis enœuvre pour évaluer cette surface, par exemp<strong>le</strong> la fixationd’ions sur la surface des particu<strong>le</strong>s ; cette méthode, validéedans <strong>le</strong> cas de particu<strong>le</strong>s idéa<strong>le</strong>s sphériques, est étudiéeinternationalPRISME : comment<strong>le</strong> feu se propage-t-ildans <strong>le</strong>s locaux ?Afin de mieux comprendre commentun incendie se propage dans un ensemb<strong>le</strong>de locaux connectés entre eux par des porteset par un réseau de ventilation, un programmeinternational de recherche, baptisé PRISME,a été proposé par l’<strong>IRSN</strong> et mis en place pourune durée de cinq ans.Placé sous l’égide de l’OCDE, ce programmeest soutenu par la Belgique, <strong>le</strong> Canada,la Finlande, l’Al<strong>le</strong>magne, <strong>le</strong> Japon, <strong>le</strong>s Pays-Bas,l’Espagne et la Suède, que pourraientprochainement rejoindre <strong>le</strong>s États-Unis etla Corée du Sud. Côté français, l’<strong>IRSN</strong> a pourpartenaires EDF et la DGA ; des discussionssont en cours pour y associer <strong>le</strong> CEA.Le programme a débuté en 2006 par la campagned’essais PRISME DOOR (propagation par <strong>le</strong>sportes), qui vise à caractériser <strong>le</strong>s transfertsde cha<strong>le</strong>ur, de gaz et de suies au travers d’uneporte ouverte séparant deux ou trois locaux,dont l’un est <strong>le</strong> siège d’un incendie.Ces essais sont, pour l’essentiel, réaliséspar l’<strong>IRSN</strong> dans son installation DIVA.Les partenaires du projet pourront utiliser<strong>le</strong>s résultats pour confronter <strong>le</strong>urs calculsà l’expérience et évaluer ainsi la capacité dedifférents modè<strong>le</strong>s à simu<strong>le</strong>r des scénariosd’incendie.ACTIVITÉS DE L’<strong>IRSN</strong>Particu<strong>le</strong>s produites lors de la synthèse d’une nanopoudre de SiC.RAPPORT D’ACTIVITÉ <strong>IRSN</strong> 2006 I 41
DÉFI1CONTRIBUER À ASSURER UN HAUT NIVEAU DE SÛRETÉ ET DE RADIOPROTECTIONDANS LES INSTALLATIONS EXISTANTES JUSQU’À LA FIN DE LEUR VIEplusd’infosProgramme pluriannuel relatif aux effets du ventsur <strong>le</strong> confinement des matières radioactives dans<strong>le</strong>s bâtimentsActuel<strong>le</strong>ment, la modélisationde l’influence du vent sur<strong>le</strong>s écou<strong>le</strong>ments d’air dans<strong>le</strong>s installations et <strong>le</strong>s échangesavec l’extérieur s’avèreinsuffisante quant aux effetsde pression et dépressionsur <strong>le</strong>s bâtiments, ainsi qued’un manque de qualificationdes modè<strong>le</strong>s aérauliques.Un programme de recherchepluriannuel a été lancé à l’<strong>IRSN</strong>afin de mieux estimer l’influencedu vent sur <strong>le</strong>s transferts decontamination.résultats expérimentaux etdes résultats numériquess’avère satisfaisante.Des tests en souff<strong>le</strong>rie doiventêtre poursuivis sur une nouvel<strong>le</strong>maquette d’installationcomportant un réseau deventilation. Les résultatsexpérimentaux serontcomparés à ceux obtenusavec <strong>le</strong> logiciel SYLVIA.La première étape a consistéà évaluer l’aptitude du logicielmultidimension CFX àretrouver <strong>le</strong>s pressionsobtenues lors d’essais menésen souff<strong>le</strong>rie en 2005 surdeux maquettes, représentativesrespectivement de bâtimentsde type « réacteur » et de type« laboratoire et usine » ;la comparaison en 2006 desModélisations 3D pour simu<strong>le</strong>r <strong>le</strong>s effets du vent sur <strong>le</strong>s bâtiments.Accidents avec fusiondu cœurLes recherches menées sur <strong>le</strong>s accidents avecfusion du cœur visent à obtenir une compréhensionsuffisante des phénomènes pour apprécier <strong>le</strong>srisques associés, en particulier <strong>le</strong>s relâchementsenvisageab<strong>le</strong>s de matériaux radioactifs dans l’enceintede confinement, puis dans l’environnement.Ceci concerne en premier lieu l’iode radioactif, quiconstitue <strong>le</strong> risque radiologique principal à courtterme pour <strong>le</strong>s populations.DE NOUVEAUX ESSAIS POUR MIEUXMODÉLISER LES ACCIDENTS GRAVESL’analyse des résultats actuels des programmes internationauxPHÉBUS PF et TERME SOURCE, tous deux dédiésà l’étude des rejets pouvant résulter d’un accident avecfusion du cœur d’un réacteur à eau sous pression, a étépoursuivie tout au long de l’année <strong>2006.</strong>De manière inattendue, FPT3, <strong>le</strong> dernier essai PHÉBUS PFau cours duquel une barre de commande en carbure de borea été utilisée (analogue à cel<strong>le</strong>s qui équipent <strong>le</strong>s réacteursde 1 300 MWe et de 1 450 MWe ainsi que <strong>le</strong> réacteur EPR),a mis en évidence la présence, dès <strong>le</strong> début de la dégradationdu combustib<strong>le</strong>, d’importantes quantités d’iode gazeuxdans l’enceinte de confinement, non retenu par <strong>le</strong>s filtres etprésentant de ce fait un important potentiel de dispersiondans l’environnement (voir encadré ci-contre).Le programme TERME SOURCE, de son côté, a été marquépar l’achèvement des dispositifs d’essai CHIP pour l’étudede la chimie de l’iode dans <strong>le</strong> circuit primaire et par la réalisationdes essais suivants :deux séries d’essais dans l’installation EPICUR consacréesà la radiolyse de l’iode en phase aqueuse et à la formationd’iodures organiques dans <strong>le</strong>s phases gazeuse et aqueuse ;ces résultats seront utilisés pour <strong>le</strong>s évaluations futuresdes rejets possib<strong>le</strong>s d’iode ;une série d’essais relative à l’étude de la chimie du ruthénium; el<strong>le</strong> a mis en évidence la présence dans l’enceintede confinement, dans certaines conditions, de quantitéssignificatives d’oxyde de ruthénium volatil ;42 I RAPPORT D’ACTIVITÉ <strong>IRSN</strong> 2006