Laboratoire d'accueil : Laboratoire d'études radioécologiques en milieu continental et marin (LERCM)
Date de début de thèse : 01/10/2010
Nom du doctorant : Guillaume Depuydt
La caractérisation du lessivage de l’atmosphère en situation de rejet accidentel d’éléments radioactifs est un élément clé à la fois pour l’appréciation de la dispersion du panache, l’appauvrissement du stock de radionucléides dans l’atmosphère et pour la quantification des dépôts. La question des dépôts renvoie principalement à celle du devenir des radionucléides rejetés sous forme particulaire ou évoluant rapidement à l’état d’aérosols dans l’environnement par condensation ou absorption sur des poussières.
L’efficacité du lessivage dépend entre autres du chargement de la masse d’air ainsi que des caractéristiques de la pluie ou plus communément du type de pluie. Cette typologie et sa déclinaison en termes d’efficacité de lessivage n’est pas suffisamment connue actuellement pour pouvoir implémenter les valeurs adéquates dans les modèles utilisés en situation accidentelle et post-accidentelle. Le lessivage de l’atmosphère combinant la charge en poussières et les caractéristiques de la pluie, revêt une variabilité importante (plus d’un facteur 1000 sur le coefficient de lessivage) dont les modèles utilisés à l’IRSN ne tiennent actuellement pas compte.
Nouveau projet, nouvelle approche
Malgré l’intérêt de ces premiers résultats, les valeurs moyennes obtenues ne permettraient pas de répondre de façon très précise aux conditions météorologiques d’une situation donnée. Il est proposér d’aborder la question de l’efficacité de lessivage sous un angle plus physique qu’analytique en étudiant la diminution de l’empoussièrement entre le début et la fin d’une pluie.
Ce potentiel de rabattement peut être évalué à partir d’un enregistrement en continu de l’empoussièrement (Cf. exemple sur la figure 1).
L’analyse des pentes traduit l’importance de l’efficacité du lessivage. L’acquisition des données mérite d’être réalisée avec un pas de temps plus élevé, de l’ordre de la minute tant l’efficacité du lessivage est rapide notamment en début de pluie, lorsque l’empoussièrement est fort et que selon le type de pluie, l’intensité donc le nombre et /ou la taille des gouttes, peut être est important. L’efficacité du lessivage par les pluies des radionucléides dans les premières minutes a notamment été mise en évidence par Mattsson et Vesanen (1988)1.
Une information encore plus précieuse peut être obtenue en analysant conjointement l’évolution des spectres granulométriques des aérosols et des gouttes de pluie. L’acquisition et l’analyse des spectres des gouttes de pluie représente une donnée encore relativement peu exploitée.
Outre la caractérisation des épisodes de remise en suspension et de dépôt de particules par temps sec, l’utilisation d’un granulomètre aérosol s’avère particulièrement appropriée pour l’étude de leur lessivage et des composés qu’ils véhiculent2. La fraction des particules lessivées pourra être déterminée par comparaison de spectres (Cf. figure 2) acquis avant et après une pluie. La quantité globale lessivée pourra être comparée également avec les quantités déposées.
Figure 2 : Spectre de repartition du nombre de particules par canaux (adimensionnel) representant les classe de taille des particules avant et apres une pluie.
De ces spectres il pourra être déduit les tailles d’aérosols les plus ou les moins facilement lessivées par un type de pluie donné. La littérature fournit des indications sur les tailles des aérosols portant les radionucléides comme le 137Cs. Une estimation du lessivage du 137Cs pourra ainsi être déduite de l’évolution des spectres au cours des différents évènements pluvieux. Des simulations pourront être réalisées pour tenir compte des gammes de tailles porteuses impliquées en cas de rejet accidentel.
Une attention particulaire sera apportée au vécu des masses d’air de façon à mettre en évidence et à tenir compte d’un possible lessivage avant l’arrivée au point d’échantillonnage. De la même façon le renouvellement de la masse d’air lessivée par une masse d’air encore chargée en particules devra être documenté et analysé. Les paramètres météorologiques classiques comme la vitesse et la direction du vent dans les secteurs de provenance des masses d’air jusqu’au point de mesure des spectres sera nécessaire. Le concours de Météo-France sur ce point est indispensable. Le Centre National de Recherche Météorologique (CNRM) de Météo-France (Toulouse) a de plus jugé ce projet parfaitement en adéquation avec les thématiques prioritaires de recherche au CNRM pour l’amélioration de ses modèles de dépôt et à donc accepté le principe d’un cofinancement et d’un encadrement.
La variabilité environnementale de l’atmosphère (dans l’espace et dans le temps) en termes de charge polluante et de pluie représente une complexité qui participe à l’originalité de ce travail de terrain et sa complémentarité par rapport à celui réalisé au sein de l’équipe TOSQAN de l’IRSN/SERAC à Saclay et à l’université de Mainz (Allemagne).
Les deux thèses (SERAC et SESURE) seront à ce titre tout à fait complémentaires et il est prévu des réunions d’information communes entre les intervants (deux par an).
1 Mattsson, S. ; Vesanen, R. (1988). Patterns of Chernobyl fallout in relation to local weather conditions. Environment International 14 : 177-180.
2 Nutriments, micropolluants, métaux lourds, radionucléides