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DISCO : Une enceinte expérimentale pour l'étude de la dispersion de contaminant - Application à la chute de poudres.


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F. Gensdarmes, O. Witschger, G. Basso, J. Monatte, Congrès Français sur les aérosols CFA'2001, 11 et 12 décembre 2001, Paris.

Résumé

Dans l'industrie nucléaire, notamment dans les installations du cycle du combustible, il est
nécessaire de pouvoir évaluer les conséquences d'accidents hypothétiques lors de la manipulation de poudres contaminantes. Ainsi, le cas de la chute accidentelle d'une poudre radioactive (poudre de MOX, …), est envisagé lors des études de sûreté de ces installations. Dans ces études, on utilise couramment des coefficients de mise en suspension permettant de définir des termes sources de contaminations en condition opérationnelle ou bien en condition accidentelle de l'installation.
Dans le cas de la chute d'une poudre dans une enceinte, nous pouvons définir la fraction
massique mise en suspension, appelé encore coefficient de mise en suspension (K), par l'expression :

K=ms/M , (1)

où ms représente la masse de poudre présente sous forme d'aérosol après la chute (kg) et M la masse de poudre ayant chuté (kg).
Il existe de nombreux facteurs potentiels pouvant influencer la masse de contaminant mis en suspension lors de la chute d'une poudre, nous pouvons citer par exemple : la hauteur de la chute ; la granulométrie, la masse et la nature de la poudre ; le mode de déversement (chute d'un paquet, écoulement continu …) ; les conditions aérauliques régnant dans l'enceinte au moment de la chute.
Nous pouvons distinguer deux types de chutes de poudres suivant les écoulements aérauliques rencontrés : la chute en air calme et la chute dans de l'air en mouvement. Dans le premier cas, les écoulements d'air dans l'enceinte sont induits par la chute de la poudre. Dans le deuxième cas, la poudre chute dans un air déjà en "mouvement". Ces deux situations ont été étudiées expérimentalement par Sutter (1980) et Sutter et al. (1981). Signalons que le cas étudié par Sutter (1980) concerne la chute d'une poudre dans un flux d'air horizontal, ce qui n'est pas représentatif de l'aéraulique d'une enceinte ventilée. Sutter et al. (1981) ont déterminé la fraction mise en suspension K (eq. 1) pour des poudres d'UO2 appauvri et de TiO2. Les poudres utilisées ont des granulométries fines, les diamètres aérodynamiques médians en masse sont d'environ 3,5 µm.
Dans leurs expériences, les auteurs font varier la hauteur de chute (1 m et 3 m) et la masse de la poudre (25 g à 1000 g). Le volume de leur enceinte est d'environ 20 m3 . Leurs résultats indiquent des valeurs de K comprises entre 0,5.10-4 et 1,2.10-3 .
Par ailleurs, cette étude montre que la fraction mise en suspension augmente avec la hauteur de chute. En revanche, le coefficient varie faiblement en fonction de la masse ou de la nature de la poudre (UO2 ou TiO2). Les auteurs mesurent également la granulométrie de la poudre grâce à un impacteur en cascade. Leurs résultats semblent montrer que l'aérosol issu de la chute à un diamètre médian plus élevé que celui de la poudre.
Finalement, l'analyse des données existantes concernant la mise en suspension lors de la chute d'une poudre révèle un manque de connaissances, d'une part, des divers paramètres influant sur la mise en suspension, et d'autre part, des valeurs du coefficient de mise en suspension correspondant à des scénarii d'incident ou d'accident à l'intérieur des laboratoires et usines du cycle du combustible nucléaire.
L'objet de cette étude est de qualifier une enceinte expérimentale (DISCO) dédiée à l'étude de la dispersion de contaminant et plus particulièrement à la mesure du coefficient de mise en suspension dans le cas de la chute d'une poudre non radioactive. Pour ce faire, nous présentons d'une part, l'enceinte DISCO et la démarche expérimentale adoptée, d'autre part, les résultats des premiers essais de chutes de poudres en terme de coefficients de mise en suspension ainsi que la caractérisation des particules dispersées.
Ce travail a été mené en collaboration avec J. Monatte de la société COGEMA.