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Moyens expérimentaux

Le réseau Opera-Air

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​Dernière mise à jour octobre 2021

Contexte 

Dans le cadre de sa mission de surveillance, l'IRSN effectue des mesures régulières des niveaux de radioactivité dans l'environnement, en mettant en œuvre des moyens d’investigation performants (prélèvements et mesures en laboratoire). Cette action est une des composantes de la surveillance radiologique du territoire. Elle est exercée par l’IRSN au plan national. Les exploitants nucléaires et diverses associations participent également à la surveillance sur un plan régional et/ou local.  Pour assurer cette mission, l’IRSN dispose notamment d’un réseau de stations de collecte d’aérosols regroupées au sein de l’Observatoire Permanent de la Radioactivité de l’Atmosphère (OPERA) d’une très grande sensibilité (détection de traces). Ce dispositif complète étroitement les mesures à haute fréquence des balises automatiques d’alerte (réseau TELERAY) qui réagiraient instantanément en cas de contamination élevée. Une cinquantaine de stations OPERA-AIR sont réparties sur le territoire national, soit à proximité d’installations nucléaires, soit à distance ou également à des points singuliers comme des sommets montagneux (Cf. Figure 1). Parmi ces stations, une dizaine dispose de débits de filtration très élevés (> 300 m3/h et jusqu’à 900 m3/h) permettant la détermination des bruits de fond régionaux des radionucléides artificiels dans l’air.
Les données acquises dans le cadre de cette surveillance viennent également en support à des travaux de recherche et d’expertise. Ce dispositif permet en effet de déceler des concentrations infimes en radionucléides dans l’atmosphère. Les radionucléides ainsi détectés servent de traceurs des processus naturels (incendies de forêt, éruption volcanique, remise en suspension…) ou des rejets en fonctionnement normal des installations nucléaires. Ils peuvent aussi témoigner de rejets discrets ou incidentels sans pour autant qu’ils ne présentent de risque pour l’environnement ou les populations.

 
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 Figure 1 : Station OPERA-AIR au sommet du Puy de Dôme
 
 
 
Enjeux 

Les mesures du réseau OPERA-AIR alimentent également de nombreux travaux de recherche et d’expertise sur l'évolution des stocks et des flux des radionucléides dans l'environnement. Outre la caractérisation des niveaux très faibles (traces), l'objectif recherché est de comprendre les mécanismes régissant les distributions spatio-temporelles et les transferts des radionucléides d'origine naturelle et artificielle, au sein du compartiment atmosphérique ainsi que les interactions entre l’atmosphère et les autres compartiments de l'environnement. La connaissance de ces mécanismes permet ensuite à l'IRSN de concevoir et de valider la modélisation des processus de transfert des radionucléides afin d’estimer au mieux quel serait l’impact d’un rejet accidentel dans l’environnement et les conséquences sur l’utilisation du milieu et sur les activités humaines.

En cas de détection de radionucléides en concentrations inhabituelles ou de radionucléides rarement mesurés, les données du réseau OPERA-AIR sont également utilisées pour des travaux de modélisation de la dispersion atmosphérique permettant d’identifier les zones d’émission les plus probables et les quantités rejetées (terme source). Ce fut le cas notamment en 2017 lors de la détection d’iode-131 et de ruthénium-106 à l’état de traces dans l’air en France.
 
 

 

Fonctionnement du réseau
 
L’observation du compartiment atmosphérique s’effectue à partir d’une cinquantaine de stations de collecte de poussières atmosphériques en France. La gestion de ces stations incombe à l’IRSN qui s’appuie également sur un réseau de partenaires locaux institutionnels ou académiques (Météo-France, Universitaires…) pour assurer les changements des filtres et l’envoi des échantillons à l’IRSN (Cf. Figure 2). La radioactivité contenue sur ces filtres est analysée par les laboratoires de l’IRSN situés en régions parisiennes (Orsay et Vésinet). L’IRSN dispose également de stations OPERA-AIR mobiles à grand débit, utilisées pour des études et expertises ponctuelles. Ces stations sont notamment déployées pour renforcer la couverture géographie des stations à poste fixe lors d’études radioécologiques de site ou d’expertises.

Les stations filtrent l’air en permanence sur une semaine. Grâce à la filtration de volumes d’air importants (jusqu’à 150 000 m3 d’air par semaine) et à la métrologie « bas-niveau » associée, les limites de détection sont inférieures ou égales à 0,1 µBq/m3 d’air. Les résultats des analyses sont obtenus généralement dans les deux semaines suivant la réception des filtres. La durée même des analyses varie entre 1 et 4 jours. Ces délais peuvent être raccourcis pour des situations radiologiques particulières le nécessitant, au détriment toutefois de la sensibilité de mesure.


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Figure 2 : Un collaborateur IRSN en train de relever un filtre de collecte de poussières atmosphériques


Des données à caractère patrimonial

 
Le réseau OPERA-AIR permet d’établir et de suivre l’évolution des niveaux des principaux radionucléides naturels (7Be, 210Pb, 22Na, 228Ac, 40K, 234Th) ou artificiels (137Cs, 131I, 60Co, 110mAg,  54Mn, 106Rh) depuis plus de 60 ans dans le milieu atmosphérique.

Cet outil a été mis en place dès 1959 pour le domaine atmosphérique (aérosols, précipitations). Cette longue période d’observation a permis la constitution des séries chronologiques indispensables aux études scientifiques. Ces études concernent notamment la variabilité des niveaux observés et la persistance dans l’air à l’état de traces de certains radionucléides à vie longue. Ce dispositif contribue par sa sensibilité à détecter des rejets faibles sur le territoire national. Il permet également de déceler des rejets significatifs  lorsque ceux-ci ont lieu loin du territoire national (ré-émission de radionucléides par les incendies dans les forêts autour de la centrale de Tchernobyl par exemple), ou comme ce fut le cas à la suite d’accidents nucléaires (Tchernobyl, Fukushima) et auparavant, pendant la période des essais nucléaires atmosphériques. Ces stations ont notamment servi dans les jours qui ont suivi l’accident de Fukushima  pour détecter les tous premiers signes de l’arrivée des masses d’air faiblement contaminées sur la France. En routine, elles permettent de caractériser le bruit de fond ambiant de certains radionucléides artificiels comme le 137Cs ainsi que toute variation des niveaux de radioactivité en lien avec les conditions météorologiques ou le niveau d’empoussièrement. Les stations OPERA-AIR enregistrent également des données météorologiques notamment le vent (vitesse, direction), la température, l’humidité et la pluviométrie.
 

Évolutions du réseau des stations OPERA-AIR
 
Afin de renforcer la couverture nationale, de nouveaux sites ont été équipés dernièrement : Pic du Midi de Bigorre dans les Pyrénées (Cf. Figure 3), Romans-sur-Isère dans la Drome, Biarritz ou le seront prochainement (Narbonne).
 
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 Figure 3 : Photo de la tête de prélèvement d’air de la station OPERA-AIR à l’observatoire du Pic du Midi de Bigorre (Hautes-Pyrénées)

Le réseau OPERA-AIR a par ailleurs été rénové au cours de la dernière décennie pour accroître sa sensibilité de détection vis-à-vis d’événements de faible ampleur) par le choix de pompes à plus grand débit. Ces modifications ont concerné les stations à très grand débit (passage de 300 à 700 voire 900 m3/h) et les stations à moyen débit (passage de 5 à 80 m3/h). Les prochaines modifications prévues concernent la possibilité de communiquer avec les stations. Cette fonctionnalité permettra de les interroger et de modifier leur débit en cas de besoin ou d’activer la ligne de prélèvement d’iode pour les stations qui en sont actuellement équipées (station à moyen débit proches des installations nucléaires). Dans les mois et années à venir, la capacité de détection sera encore améliorée avec la mise en place de lignes de prélèvement « grand débit » pour la fraction gazeuse permettant de mieux rendre compte de la présence d’iode sous cette forme, même à faible concentration.
 

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