Host laboratory: Aerosol Physics and Metrology Laboratory (LPMA)
Beginning of the thesis: October 2016
Student name: Alexis DEPEE
Subject description (in French)Pour prédire les conséquences
radiologiques d'un accident nucléaire, l'IRSN développe des modèles
simulant la dispersion et le dépôt des aérosols radioactifs dans
l'environnement. Le dépôt des particules est très sensible à deux
mécanismes : les lessivages sous le nuage (washout) et dans le nuage (rainout). Ma thèse se focalise sur le rainout. Des études récentes ont d'ailleurs montré que 60 % du lessivage total de l'atmosphère était lié à ce mécanisme.
Une première étape consiste à étudier les mécanismes microphysiques régissant le rainout
: la collecte par les gouttelettes et l'activation des aérosols en
gouttelettes par condensation. Dans cette étude, deux approches sont
déployées. La première consiste à exploiter un modèle de formation de
nuage appelé DESCAM (DEtailed SCAvenging Model) pour étudier
l'impact des mécanismes microphysiques sur la dynamique du nuage (action
déjà démarrée). La deuxième vise à quantifier expérimentalement
certains des mécanismes microphysiques intervenant sur le rabattement
dans le nuage. Les aérosols radioactifs se chargeant naturellement, des
efforts particuliers seront portés sur les forces électriques et le
phénomène de charges images. En effet, la littérature soulève des
interrogations récurrentes sur ces effets électrophorétiques comme étant
responsables d'une augmentation de la collecte des aérosols dans les
nuages de plusieurs ordres de grandeur. Ainsi, l'enjeu est de simuler en
laboratoire une atmosphère représentative d'un nuage en contrô1ant
soigneusement les conditions thermodynamiques afin de mesurer des
efficacités de collecte pour des aérosols représentatifs (en
granulométrie et en charge électrique) de ceux rejetés lors des
accidents nucléaires. En conséquence, des modèles de charges images et
de charge des aérosols radioactifs ont été implémentés pour déterminer
les valeurs théoriques des efficacités de collecte [1] et la charge
portée par des aérosols radioactifs [2].
Il s'agira de qualifier un modèle de charges images comme effet moteur du rainout
et de l'intégrer dans le modèle DESCAM. Pour ce faire, des
modifications importantes sont en cours dans ce modèle de nuage pour
caractériser le rabattement d'aérosols chargés pour différentes natures
de nuages - convectives ou stratiformes. À terme, des abaques du
lessivage par les nuages seront établis et pourront être ajoutés aux
modèles de l'IRSN.
[1]
Tinsley, B. A., Rohrbaugh, R. P., Hei, M., & Beard, K. V. (2000).
Effects of image charges on the scavenging of aerosol particles by cloud
droplets and on droplet charging and possible ice nucleation processes.
Journal of the atmospheric sciences, 57(13), 2118-2134.
[2]
Clement, C. F., & Harrison, R. G. (1992). The charging of
radioactive aerosols. Journal of aerosol science, 23(5), 481-504.