Laboratoire de physique et de métrologie des aérosols (LPMA)

Les aérosols constituent, avec les gaz, les deux vecteurs de la pollution de l’atmosphère et de l’air intérieur et sont donc particulièrement étudiés dans de nombreux secteurs industriels (aérospatial, agroalimentaire, médical, pharmaceutique, nanotechnologies, nucléaire, etc.) comme mode de contamination.

A ce titre, le LPMA :

• effectue des études et des recherches de base, et des études appliquées, sur la physique et la métrologie des aérosols, ainsi que sur la contamination particulaire de l'air par les sources naturelles et les sources anthropiques (formation, mise en suspension, évolution physico-chimique, dépôt sur différentes surfaces, capture par les gouttes)
• effectue des études et des recherches sur la physico-chimie des phénomènes pouvant intervenir en situation accidentelle dans les installations
• applique les résultats obtenus pour définir, étudier et développer les dispositifs de mesure correspondants, notamment les préleveurs atmosphériques
• réalise des essais de performance de dispositifs de mesure de la contamination radioactive et instruit les demandes d’évaluation d’instruments de radioprotection dans son Centre Technique d’Homologation de l’Instrumentation de Radioprotection (CTHIR)

Orienté vers une approche expérimentale et associé à de nombreux partenaires académiques et industriels, le laboratoire exploite la plateforme MARIN (Métrologie des Aérosols, Remise en suspension, diagnostics In-situ et Nucléaire) qui regroupe un ensemble d’installations expérimentales et de moyens de mesure pour les besoins de ses recherches et prestations dans le domaine du nucléaire.

Le LPMA mène des actions relatives à la production et à la caractérisation d’aérosols (aérosols radioactifs, traceurs non radioactifs, suies, étalons), au développement de méthode pour l’étalonnage et le traitement des données des instruments pour l’analyse des grandeurs mesurées en cohérence avec les grandeurs physiques d’intérêt, en y intégrant les incertitudes associées.

Pour appuyer son expérience de la mesure des aérosols, il est membre du réseau METRIC et animateur du sous-groupe aérosols. Il s’agit d’un réseau collaboratif de métrologie de l’institut, permettant de faciliter le partage de l’information, des pratiques et de l’instrumentation sur la métrologie des aérosols disponibles à l'IRSN. Il renforce les moyens de surveillance de la qualité des résultats obtenus à travers une dynamique d’inter-comparaisons.

Compte tenu de la diversité des situations mettant en jeu des aérosols, les travaux du LPMA ont des applications transverses à l’IRSN dans les domaines de la sûreté et la sécurité des installations, la radioprotection de l’Homme et de l’environnement, mais également en support direct aux besoins d’expertise et dans le cadre d’actions de recherche ou d’activités commerciales (prestations en laboratoire et sur site industriel) ou de valorisation (dépôt de brevets).

Les principales thématiques du LPMA sont :

• La métrologie avec l’étude des facteurs d’influence, l’étalonnage ou l’évaluation des performances des appareillages de prélèvements et de quantification des aérosols radioactifs ou non
• La mise en suspension de particules ou microgouttelettes par écoulement d'air ou par chute de matières potentiellement dispersables (poudres, objets contaminés, liquides)
• La mise en suspension de particules lors d’opérations de démantèlement (découpe de métaux par différents outils, écroutage de surface bétonnée, marche d’opérateur)
• La caractérisation des aérosols émis en situation d'incendie et la mise en suspension de contaminants à partir de matériaux soumis au feu,
• Les nanoparticules (caractérisation et métrologie spécifique, transfert et dépôt, confinement et filtration)
• la réalisation des évaluations de conformité par rapport aux exigences normatives ou réglementaires (normes IEC, ISO et CENELEC) d’instruments de radioprotection ou de mesure nucléaire dans le Centre Technique d’Homologation de l’Instrumentation de Radioprotection (CTHIR).

Pour remplir ses missions, le LPMA maîtrise et développe des compétences expérimentales et théoriques sur : 

• les émissions de microgouttelettes et de particules solides à partir de sources liquide ou solide par mécanismes aérauliques, mécaniques, thermique (phénomènes de mise en suspension)
• la physique et la métrologie des aérosols (prélèvement, transport et dépôt des microparticules, nanoparticules et agrégats)
• l’instrumentation en radioprotection (dispositifs de mesure des aérosols et des gaz radioactifs artificiels)
• l’étude en laboratoire des interactions des aérosols avec des gouttes pour des applications environnementales (cas des aérosols atmosphériques avec les hydrométéores de type pluie, neige, cristaux de glace) et pour l’épuration des gaz dans les installations nucléaires en démantèlement.

Projets internationaux en cours

• LD-SAFE (Laser Dismantling Safety) – H2020 avec le Service de sûreté des installations nucléaires de recherche, des installations de traitement des effluents et des déchets, des irradiateurs et des installations en démantèlement - SSRD
• OCDE FACE (Fukushima Daiichi Nuclear Power Station Accident Information Collection and Evaluation avec le Service des Accidents Majeurs - SAM (Nuclear Energy Agency (NEA) - Fukushima Daiichi Nuclear Power Station Accident Information Collection and Evaluation (FACE)
• TITANS (Tritium Impact and Transfer in Advanced Nuclear reactorS) Horizon Europe Project
• MORAD (Study of radionuclide resuspension in arid areas) avec le Laboratoire d'étude et d'expertise sur la radioactivité de l'environnement (LEREN)
• FIGARO : radionucleides resuspesnion in case of fire event in glove box (IRSN/NRA) avec le Laboratoire d'expérimentation des feux (LEF) et le Laboratoire de l'incendie et des explosions (LIE)

Projets internationaux passés

• ALIDS (Airborne Laser Interferometric Drop Sizer)     
• MITHYGENE (Amélioration de la connaissance du risque hydrogène et de sa gestion en situation d'accident grave), avec le Service des Accidents Majeurs - SAM
• OCDE PreADES (Preparatory Study on Analysis of Fuel Debris)     
• TRANSAT – H2020 (TRANSversal Actions for Tritium)
• STANDS (Study on Tritiated and non-tritiated dust Adhesion and resuspensioN  on Dedicated Surfaces) 

La plateforme MARIN (Métrologie des Aérosols, Remise en suspension, diagnostics In-situ et Nucléaire).
Cette plateforme regroupe un ensemble d'installations expérimentales et de moyens de mesure.

BARMAN
BAnc expérimental de Référence pour la Métrologie des Aérosols Nanométriques non radioactifs permet de maîtriser la génération et la mesure des aérosols nanométriques.

TOSQAN
Test platfOrm for Simulation and Qualification in AirborNe conditions. Cette installation permet de reproduire et de caractériser des écoulements multiphasiques représentatifs de différentes situations accidentelles dans les installations nucléaires (réacteur à eau pressurisée, tokamak), de conditions représentatives du démantèlement d’installations nucléaires et de conditions environnementales (rabattement des aérosols atmosphériques par les précipitations). 

PARIS
Production d’Aérosols Représentatifs des Incendies Sous-ventilés. Il permet d’étudier les propriétés des suies dans les différentes phases de combustion.

PANACEE
Le plateau technique de métrologie des aérosols, calibration et évaluation des instruments est constitué de bancs d’étalonnages et d’essais dédiés permettant de générer des aérosols non radioactifs calibrés, de compositions variées, ainsi que d’appareils assurant la mesure en ligne de tout type d’aérosols (non radioactifs), y compris les aérosols atmosphériques ou de combustion. Une salle propre de classe ISO 7 équipée avec des microscopes optiques et un microscope électronique à balayage complètent cet ensemble avec, dans ce dernier cas, la possibilité de caractériser la composition élémentaire des particules déposées sur un substrat.

Le laboratoire réalise des études sur :

• l’évaluation et caractérisation des dispositifs de mesure de contamination radioactive α, β et γ, homologation de type CTHIR, essais des moniteurs de contamination atmosphérique (accréditation COFRAC 1-1243, portée disponible sur www.cofrac.fr)
• la mesure et caractérisation d’émissions particulaires sur les bancs expérimentaux du laboratoire ou sur le terrain
• l’évaluation des performances d’instruments de mesure des aérosols non radioactifs
• l’évaluation des performances de méthode de mitigation des émissions, notamment par bullage ou aspersion.

Liste des prestations concernant les installations nucléaires et industrielles.

Brevets 
Plusieurs brevets ont été déposés par le laboratoire depuis 2020 :

• LASERARD (ONET/IRSN) : cloche pour la collecte des aérosols émis lors de découpe laser
• AMONAE (IRSN/EDF) : système permettant de limiter les fausses alarmes des moniteurs de contamination atmosphérique lors des chantiers de démantèlement

Normalisation 
Le poste de secrétaire de l’IEC/SC45B et du CENELEC/TC45B « Instrumentation pour la radioprotection » qui inclut le management des deux comités de normalisation et de ses 200 experts d’une vingtaine de pays est assuré par le LPMA. Le travail couvre également l’avancement des normes IEC et EN en cours de développement et la gestion d’une soixantaine de normes déjà publiées. A travers ces deux comités, il effectue la liaison avec d’autres organisations internationales dans le domaine de la radioprotection comme ISO/TC85, AIEA, CIPR, ICRU, OMS, OMT, etc.

Partenaires nationaux

• CEA (Commissariat à l’Energie Atomique et aux énergies alternatives),
• LRGP (Laboratoire Réactions et Génie des Procédés) – Nancy,
• CORIA (COmplexe de Recherche Interprofessionnel en Aérothermochimie) – Saint Etienne du Rouvrat,
• IMFT (Institut de Mécaniques des Fluides de Toulouse) – Toulouse,
• LaMP (Laboratoire de Météorologie Physique) – Clermont Ferrand,
• LISA (Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques) – Créteil, 
• CERTES (Centre d’Etude et de Recherche en Thermique, Environnement et Systèmes) – Créteil, 
• INRS (Institut National de Recherche et Sécurité),
• LNE (Laboratoires National de métrologie et d’Essais), 
• ORANO,
• EDF (Electricité De France),
• ONERA (Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales),
• ONET Technologies,
• ANDRA (Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs),
• METEO France,
• Ecole des Mines de St Etienne,
• LadHyx : laboratoire d’hydrodynamique de Polytechnique.
• UCCS - Unité de Catalyse et Chimie du Solide (Lille)

Partenaires européens et internationaux

• Université de Tokyo – Japon,
• CRIEPI (Central Research Institute of Electric Power Industry) - Japon
• NSC (Nuclear and radiation Safety Center) – Chine,
• JAEA (Japan Atomic Energy Agency) – Japon,
• EUFAR (EUropean Facility for Airborne Research),
• Von Karman Institute for fluid dynamics – Belgique,
• Université de Bristol – Royaume-Uni,
• Université de Cleveland – USA,
• NRA, Autorité de sûreté japonaise,
• CONICET, Conseil national de la recherche scientifique et technique Argentin.
• Khalifa University, EAU
• FANR (Federal Authority for Nuclear Regulation), EAU
• PTB (Institut national de métrologie) - Allemagne
• LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory) - USA

Sociétés savantes et organisations internationales

Le LPMA a un rôle actif au sein de : 

• Association Française de Vélocimétrie Laser 
• Congrès Francophone de Technique Laser 
• Revue Nuclear Engineering and Radiation Science
• Conférence ICONE 31
• Conférence ICEM, Dismantling and Waste management
• Association française d’études et de recherche sur les aérosols 
• Revue Atmosphere
• Revue Journal of Electrostatics

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Collaborations internes à l’IRSN

• Laboratoire de radiotoxicologie et radiobiologie expérimentale (LRTOX)
• Bureau de modélisation des transferts dans l'environnement pour l'étude des conséquences des accidents (BMCA)
• Laboratoire d'étude et d'expertise sur la radioactivité de l'environnement (LEREN)
• Bureau d'étude et d'expertise du radon (BERAD)
• Laboratoire d'expérimentation des feux (LEF)
• Service des Accidents Majeurs - SAM 
• Service de sûreté des installations nucléaires de recherche, des installations de traitement des effluents et des déchets, des irradiateurs et des installations en démantèlement - SSRD

En interne IRSN, le LPMA est actif dans la communauté de pratiques METRIC pour laquelle il renforce les moyens de surveillance de la qualité des résultats obtenus à travers une dynamique d’inter-comparaisons.

• Emmanuel PORCHERON (Chef de laboratoire, ingénieur – chercheur HDR Orcid, 0000-0001-5750-6094, Hal : 1018129),
• François GENSDARMES (Chargé de mission, ingénieur – chercheur, Orcid : 0000-0001-6491-8054, Hal : 1063199)
• Cécile BODIOT (technicienne),
• Delphine COSTA (ingénieure – chercheuse, Orcid : 0000-0001-6474-2490, Hal : 1254724)
• Bernadette DHIEUX (technicienne)
• Grégoire DOUGNIAUX (ingénieur – chercheur, Orcid : 0000-0001-6110-3853, Hal : 1317970)
• Karine FUSCAGNI (technicienne)
• Amel KORT (ingénieure – chercheuse, Orcid : 0009-0002-4011-7441, Hal : 1042447)
• Yohan LEBLOIS (technicien)
• Pascal LEMAITRE (ingénieur – chercheur, HDR Orcid 0000-0003-3269-3473, Hal : 1045563)
• Samuel PEILLON (ingénieur – chercheur, Orcid : 0000-0002-1972-7635, Hal : 1063200)
• Mamadou SOW (ingénieur – chercheur, Orcid : 0000-0002-1972-7635, Hal : 1073075)
• Miroslav VOYTCHEV (ingénieur – chercheur, Hal : 1071048)
• Pauline WISZNIOWSKI (technicienne)
• Aurélien FAVRE (post-doctorant, janvier 2023)
• Anis LOUCHAMI (doctorant janvier 2023)
• Mohamed Dahi M’HAYHAM (doctorant janvier 2023)
• Guillaume PAILLOUX (ingénieur en apprentissage septembre 2022) 
• Arthur ROBLIN (doctorant octobre 2023)

Liste des thèses en cours et soutenues.

• La découpe laser du corium, l’Atomic Energy Society of Japan récompense l’IRSN
• Des ingénieurs du LPMA récompensés par un Best Poster Award lors de l’EAC-2016 (irsn.fr)
• Moisson de prix pour les doctorants de l’IRSN !

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