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L'installation

PERSÉE

PERSÉE (Plateforme expérimentale de recherches sur l'épuration des effluents radioactifs) est un banc d’essais dédié à l’étude des dispositifs d’épuration des effluents gazeux dans les installations nucléaires et les laboratoires, usines ou établissements hospitaliers sources d’iode radioactif. La spécificité de ce banc d’essai est de reproduire fidèlement les conditions de température, de pression et d’humidité caractéristiques des effluents rejetés par les installations, en fonctionnement normal ou accidentel.

PERSÉE

L'installation

PERSÉE

PERSÉE (Plateforme expérimentale de recherches sur l'épuration des effluents radioactifs) est un banc d’essais dédié à l’étude des dispositifs d’épuration des effluents gazeux dans les installations nucléaires et les laboratoires, usines ou établissements hospitaliers sources d’iode radioactif. La spécificité de ce banc d’essai est de reproduire fidèlement les conditions de température, de pression et d’humidité caractéristiques des effluents rejetés par les installations, en fonctionnement normal ou accidentel.

​Remplissage du conteneur d'échantillon avec le charbon absorbant l'iode, destiné à être testé sur l'installation PERSÉE. © Francesco Acerbis/IRSN
​Remplissage du conteneur d'échantillon avec le charbon absorbant l'iode, destiné à être testé sur l'installation PERSÉE. © Francesco Acerbis/IRSN

Contexte des recherches

Limiter les rejets de substances radioactives dans l'environnement est un enjeu de sûreté fort pour les exploitants d'installations manipulant de telles substances. Or les autorisations de rejets en fonctionnement normal ont tendance à diminuer. Des efforts réguliers sont donc portés sur la recherche et le développement pour améliorer les procédés d'épuration existants ou en mettre au point de nouveaux. En situation accidentelle, les dispositifs limitant les rejets contribuent de manière déterminante à la protection des populations, tout particulièrement lors du relâchement d'iode radioactif en cas d'accident de fusion du cœur du réacteur.

Ainsi, les circuits de ventilation des centrales nucléaires et des réacteurs de recherche sont équipés de filtres — ou plutôt pièges — à iode, dispositifs auxiliaires visant à limiter les rejets, y compris dans le domaine du fonctionnement nominal. Ces dispositifs sont aussi installés sur les circuits de ventilation des laboratoires, usines ou établissements hospitaliers produisant ou mettant en œuvre des radio-isotopes de l'iode, utilisés par exemple en médecine nucléaire pour le radiodiagnostic (123I) ou la radiothérapie (131I).

Par ailleurs, en cas d'accident de fusion de cœur, l'iode relâché est en grande partie gazeux, et essentiellement constitué d'iode moléculaire (di-iode), mais aussi d'iodure de méthyle, tous deux difficiles à piéger, tout particulièrement lorsque la situation impose l'ouverture du dispositif de décompression-filtration de l'enceinte de confinement.

​Benoît Marcillaud, technicien d'analyse au LECEV, transfère le conteneur, où a été placée la fiole contenant la solution d'iode radioactif, du laboratoire de préparation vers le banc d'essais de l'installation PERSÉE. © Francesco Acerbis/IRSN

Contexte des recherches

Contexte des recherches
​Benoît Marcillaud, technicien d'analyse au LECEV, transfère le conteneur, où a été placée la fiole contenant la solution d'iode radioactif, du laboratoire de préparation vers le banc d'essais de l'installation PERSÉE. © Francesco Acerbis/IRSN

Limiter les rejets de substances radioactives dans l'environnement est un enjeu de sûreté fort pour les exploitants d'installations manipulant de telles substances. Or les autorisations de rejets en fonctionnement normal ont tendance à diminuer. Des efforts réguliers sont donc portés sur la recherche et le développement pour améliorer les procédés d'épuration existants ou en mettre au point de nouveaux. En situation accidentelle, les dispositifs limitant les rejets contribuent de manière déterminante à la protection des populations, tout particulièrement lors du relâchement d'iode radioactif en cas d'accident de fusion du cœur du réacteur.

Ainsi, les circuits de ventilation des centrales nucléaires et des réacteurs de recherche sont équipés de filtres — ou plutôt pièges — à iode, dispositifs auxiliaires visant à limiter les rejets, y compris dans le domaine du fonctionnement nominal. Ces dispositifs sont aussi installés sur les circuits de ventilation des laboratoires, usines ou établissements hospitaliers produisant ou mettant en œuvre des radio-isotopes de l'iode, utilisés par exemple en médecine nucléaire pour le radiodiagnostic (123I) ou la radiothérapie (131I).

Par ailleurs, en cas d'accident de fusion de cœur, l'iode relâché est en grande partie gazeux, et essentiellement constitué d'iode moléculaire (di-iode), mais aussi d'iodure de méthyle, tous deux difficiles à piéger, tout particulièrement lorsque la situation impose l'ouverture du dispositif de décompression-filtration de l'enceinte de confinement.

​Réacteur chimique où est produit de l’iode gazeux par interaction du diméthyl sulfate avec une solution d’iodure de sodium. © Francesco Acerbis/IRSN
​Réacteur chimique où est produit de l’iode gazeux par interaction du diméthyl sulfate avec une solution d’iodure de sodium. © Francesco Acerbis/IRSN

Objectifs de l'installation

L'installation PERSÉE est destinée à faire progresser les connaissances sur les pièges à iode et les adsorbants qui les composent, leurs caractéristiques et leur fonctionnement, afin de contribuer au développement de nouveaux systèmes d'épuration de l'iode.

La plateforme PERSÉE est également conçue pour étudier à l'avenir d'autres gaz radioactifs, tels que l'oxyde de ruthénium, dans le cadre de recherches.

Par ailleurs, le banc d'essais permettra de poursuivre les prestations qui étaient réalisées dans l'installation STEAM située à Pierrelatte et utilisée jusqu'en janvier 2017. Ces prestations visent à tester des adsorbants constitutifs de pièges à iode installés dans les réseaux de ventilation du parc de centrales nucléaires d'EDF.

​Benoît Marcillaud prépare dans une boîte à gants les éléments nécessaires à la génération de l’iode gazeux par interaction du diméthyl sulfate avec une solution d’iodure de sodium. L’iode est ensuite transféré dans le circuit de l’installation. © Francesco Acerbis/IRSN

Objectifs de l'installation

Objectifs de l
​Benoît Marcillaud prépare dans une boîte à gants les éléments nécessaires à la génération de l’iode gazeux par interaction du diméthyl sulfate avec une solution d’iodure de sodium. L’iode est ensuite transféré dans le circuit de l’installation. © Francesco Acerbis/IRSN

L'installation PERSÉE est destinée à faire progresser les connaissances sur les pièges à iode et les adsorbants qui les composent, leurs caractéristiques et leur fonctionnement, afin de contribuer au développement de nouveaux systèmes d'épuration de l'iode.

La plateforme PERSÉE est également conçue pour étudier à l'avenir d'autres gaz radioactifs, tels que l'oxyde de ruthénium, dans le cadre de recherches.

Par ailleurs, le banc d'essais permettra de poursuivre les prestations qui étaient réalisées dans l'installation STEAM située à Pierrelatte et utilisée jusqu'en janvier 2017. Ces prestations visent à tester des adsorbants constitutifs de pièges à iode installés dans les réseaux de ventilation du parc de centrales nucléaires d'EDF.

​Ligne d'injection du flux d'air portant l'iode radioactif sur le banc d'essais de l'installation PERSÉE. Au premier plan, une vanne de régulation du débit d'air dans le banc d'essais. 
© Francesco Acerbis/IRSN
​Ligne d'injection du flux d'air portant l'iode radioactif sur le banc d'essais de l'installation PERSÉE. Au premier plan, une vanne de régulation du débit d'air dans le banc d'essais. 
© Francesco Acerbis/IRSN

Description et schéma de l'installation

Le banc d’essais PERSÉE est conçu pour reproduire différentes conditions rencontrées dans les installations nucléaires en fonctionnement normal mais aussi accidentel. C'est une boucle aéraulique dans laquelle le gaz vecteur de l'iode est de l’air dont le débit, la température et l’humidité relative peuvent être contrôlés.

Deux lignes existent. L’une est plus particulièrement dédiée à la réalisation de prestations, avec la possibilité de tester quatre échantillons d'adsorbants simultanément. L’autre est dédiée à la recherche dans un domaine de températures plus large, avec la présence d’une enceinte climatique pouvant être portée à 150 °C.


 

Schema-Persee.png
 

À gauche, Céline Monsanglant-Louvet, responsable de l'installation, et à droite, Anne-Laure Teppe, technicienne au LECEV, se préparent à prélever les échantillons de matériaux testés, opération qui nécessite le port d’un masque. © Francesco Acerbis/IRSN​

Description et schéma de l'installation

Description et schéma de l
À gauche, Céline Monsanglant-Louvet, responsable de l'installation, et à droite, Anne-Laure Teppe, technicienne au LECEV, se préparent à prélever les échantillons de matériaux testés, opération qui nécessite le port d’un masque. © Francesco Acerbis/IRSN​

Le banc d’essais PERSÉE est conçu pour reproduire différentes conditions rencontrées dans les installations nucléaires en fonctionnement normal mais aussi accidentel. C'est une boucle aéraulique dans laquelle le gaz vecteur de l'iode est de l’air dont le débit, la température et l’humidité relative peuvent être contrôlés.

Deux lignes existent. L’une est plus particulièrement dédiée à la réalisation de prestations, avec la possibilité de tester quatre échantillons d'adsorbants simultanément. L’autre est dédiée à la recherche dans un domaine de températures plus large, avec la présence d’une enceinte climatique pouvant être portée à 150 °C.


 

Schema-Persee.png
 

​​Anne-Laure Teppe démonte l’une des lignes afin d’y positionner un échantillon de matériau adsorbant l’iode (charbons, zéolites…), et testé dans le cadre de prestations pour l’industrie. © Francesco Acerbis/IRSN
​​Anne-Laure Teppe démonte l’une des lignes afin d’y positionner un échantillon de matériau adsorbant l’iode (charbons, zéolites…), et testé dans le cadre de prestations pour l’industrie. © Francesco Acerbis/IRSN

Spécifications de l'installation

En résumé, les spécifications principales de l'installation sont les suivantes :

  • Gaz porteur : air.

  • Gaz de test : I2 et CH3I marqués ou non à l'iode-131, de façon continue ou par impulsion.

  • Conditionnement du gaz en pression (voisine de la pression atmosphérique), humidité, température, ainsi que régulation des débits (de 1 à 100 m3/h).

  • Possibilité d'étudier des matériaux adsorbants dans des porte-échantillons ou des éléments manufacturés à échelle industrielle (pièges de type "boîte à gants" ou de type "dièdre").

  • Mesures amont et aval de la concentration d'iode en temps réel : prélèvements compatibles avec les conditions thermodynamiques du banc, mesures en actif ou en inactif.

  • Traitement des effluents.

Possibilité d'intégration ultérieure de nouvelles fonctionnalités (injections et prélèvements d'autres gaz, etc.).

Vue du circuit d'injection de l’iode de l'installation PERSÉE.
© Francesco Acerbis/IRSN

Spécifications de l'installation

Spécifications de l
Vue du circuit d'injection de l’iode de l'installation PERSÉE.
© Francesco Acerbis/IRSN

En résumé, les spécifications principales de l'installation sont les suivantes :

  • Gaz porteur : air.

  • Gaz de test : I2 et CH3I marqués ou non à l'iode-131, de façon continue ou par impulsion.

  • Conditionnement du gaz en pression (voisine de la pression atmosphérique), humidité, température, ainsi que régulation des débits (de 1 à 100 m3/h).

  • Possibilité d'étudier des matériaux adsorbants dans des porte-échantillons ou des éléments manufacturés à échelle industrielle (pièges de type "boîte à gants" ou de type "dièdre").

  • Mesures amont et aval de la concentration d'iode en temps réel : prélèvements compatibles avec les conditions thermodynamiques du banc, mesures en actif ou en inactif.

  • Traitement des effluents.

Possibilité d'intégration ultérieure de nouvelles fonctionnalités (injections et prélèvements d'autres gaz, etc.).

​À gauche, Céline Monsanglant-Louvet, à droite, Anne-Laure
Teppe, et au fond, Benoît Marcillaud. © Francesco Acerbis/IRSN
​À gauche, Céline Monsanglant-Louvet, à droite, Anne-Laure
Teppe, et au fond, Benoît Marcillaud. © Francesco Acerbis/IRSN

Programmes de recherche associés

Études des problématiques liées à l'efficacité d'épuration

Ces études concernent des dispositifs déjà en place ou des prototypes innovants, dans des conditions allant du fonctionnement normal à l'accident grave. L'installation PERSÉE réalisera des essais proposés dans le programme MIRE, (Mitigation des rejets à l'environnement en cas d'accident nucléaire) lancé par l'IRSN en janvier 2014. Ce programme, retenu par l'Agence nationale de recherche (ANR) dans le cadre de l'appel à projet Recherche en matière de sûreté nucléaire et radioprotection (RSNR) 2012, vise à améliorer la maîtrise des rejets radioactifs lors d'un accident de fusion du cœur d'un réacteur nucléaire. L'installation a également fourni quelques résultats d'essais au programme européen PASSAM.

Études des mécanismes d'adsorption de l'iode dans tous types d'adsorbants

Il s'agit de déduire les coefficients d'épuration d'un matériau ou d'un piège à partir de ses caractéristiques physico-chimiques, en fonction de la température et de l'humidité relative de l'effluent. Ces recherches visent à déterminer les conditions de bon fonctionnement de divers absorbants et donc d'identifier les conditions qui conduisent à dégrader leurs performances dans le but d'aider à concevoir de nouveaux dispositifs plus fiables et efficaces. Les objectifs sont plus spécifiquement les suivants :

 

 

  • Déterminer les performances d'épuration d'un dispositif caractérisé par ses propriétés physico-chimiques et non par ses seules références commerciales

  • Isoler l'influence des différents paramètres

  • Évaluer les poids respectifs des différents mécanismes de piégeage

  • Déterminer les conditions favorisant la désorption

  • Prédire le coefficient d'épuration (CE) en lien avec les caractéristiques de l'adsorbant, les conditions thermodynamiques de son utilisation et la nature chimique de l'iode

 

​Jean-Christophe Sabroux, expert de l'IRSN, vérifie les paramètres de fonctionnement du banc d’essais sur l’écran de contrôle. © Francesco Acerbis/IRSN

Programmes de recherche associés

Programmes de recherche associés
​Jean-Christophe Sabroux, expert de l'IRSN, vérifie les paramètres de fonctionnement du banc d’essais sur l’écran de contrôle. © Francesco Acerbis/IRSN

Études des problématiques liées à l'efficacité d'épuration

Ces études concernent des dispositifs déjà en place ou des prototypes innovants, dans des conditions allant du fonctionnement normal à l'accident grave. L'installation PERSÉE réalisera des essais proposés dans le programme MIRE, (Mitigation des rejets à l'environnement en cas d'accident nucléaire) lancé par l'IRSN en janvier 2014. Ce programme, retenu par l'Agence nationale de recherche (ANR) dans le cadre de l'appel à projet Recherche en matière de sûreté nucléaire et radioprotection (RSNR) 2012, vise à améliorer la maîtrise des rejets radioactifs lors d'un accident de fusion du cœur d'un réacteur nucléaire. L'installation a également fourni quelques résultats d'essais au programme européen PASSAM.

Études des mécanismes d'adsorption de l'iode dans tous types d'adsorbants

Il s'agit de déduire les coefficients d'épuration d'un matériau ou d'un piège à partir de ses caractéristiques physico-chimiques, en fonction de la température et de l'humidité relative de l'effluent. Ces recherches visent à déterminer les conditions de bon fonctionnement de divers absorbants et donc d'identifier les conditions qui conduisent à dégrader leurs performances dans le but d'aider à concevoir de nouveaux dispositifs plus fiables et efficaces. Les objectifs sont plus spécifiquement les suivants :

 

 

  • Déterminer les performances d'épuration d'un dispositif caractérisé par ses propriétés physico-chimiques et non par ses seules références commerciales

  • Isoler l'influence des différents paramètres

  • Évaluer les poids respectifs des différents mécanismes de piégeage

  • Déterminer les conditions favorisant la désorption

  • Prédire le coefficient d'épuration (CE) en lien avec les caractéristiques de l'adsorbant, les conditions thermodynamiques de son utilisation et la nature chimique de l'iode

 

L'installation PERSÉE en résumé

Instrumentation

  • Génération de l'iode gazeux en continu ou par pulse

  • Spectrométries, chromatographie en phase gazeuse

  • Capteurs de pression, de température et d'hygrométrie, débitmètres

  • Caractérisation des matériaux


Applications possibles

  • Évaluation du coefficient d'épuration de matériaux bruts et de pièges manufacturés destinés à la rétention de l'iode.

  • Aide aux développements de matériaux constitutifs des pièges à iode.


Partenaires

  • École des Mines de Nantes

  • Universités de Lille 1 et de Lorraine

  • Partenaires institutionnels et industriels des projets MIRE et PASSAM

 

​Écran de contrôle du banc d’essais de l’installation PERSÉE© Francesco Acerbis/IRSN

L'installation PERSÉE en résumé

L
​Écran de contrôle du banc d’essais de l’installation PERSÉE© Francesco Acerbis/IRSN

Instrumentation

  • Génération de l'iode gazeux en continu ou par pulse

  • Spectrométries, chromatographie en phase gazeuse

  • Capteurs de pression, de température et d'hygrométrie, débitmètres

  • Caractérisation des matériaux


Applications possibles

  • Évaluation du coefficient d'épuration de matériaux bruts et de pièges manufacturés destinés à la rétention de l'iode.

  • Aide aux développements de matériaux constitutifs des pièges à iode.


Partenaires

  • École des Mines de Nantes

  • Universités de Lille 1 et de Lorraine

  • Partenaires institutionnels et industriels des projets MIRE et PASSAM

 

​​Céline Monsanglant-Louvet en manipulations dans l’installation PERSÉE. 
© Francesco Acerbis/IRSN
​​Céline Monsanglant-Louvet en manipulations dans l’installation PERSÉE. 
© Francesco Acerbis/IRSN

Caractéristiques techniques


CH3I ou I2 marqués ou non à l'iode-131 (jusqu'à 1 GBq) Débits variables de 3 à 100 m3/h TPN Humidité relative variable de 0 à 95 % (à 45 °C et 100 m3/h) Température variable de l'ambiante à 150 °CPossibilité d'injection de gaz complémentaires pour étude de la co-adsorptionPorte-échantillons (adsorbants en vrac) ou filtres manufacturés
​Vue intérieure de l’enceinte climatique sur le banc d'essai de l’installation PERSÉE. © Francesco Acerbis/IRSN
Caractéristiques techniques
​Vue intérieure de l’enceinte climatique sur le banc d'essai de l’installation PERSÉE. © Francesco Acerbis/IRSN

Caractéristiques techniques


CH3I ou I2 marqués ou non à l'iode-131 (jusqu'à 1 GBq) Débits variables de 3 à 100 m3/h TPN Humidité relative variable de 0 à 95 % (à 45 °C et 100 m3/h) Température variable de l'ambiante à 150 °CPossibilité d'injection de gaz complémentaires pour étude de la co-adsorptionPorte-échantillons (adsorbants en vrac) ou filtres manufacturés