Après un rejet accidentel de radioéléments, le suivi du panache radioactif dans l'atmosphère repose entre autres sur les mesures prises à l'aide d'un réseau de stations de prélèvement d'air. Deux réseaux - Teleray⁽¹⁾ et Opera-Air^GLO - permettent à l'IRSN d'alerter en cas d'accident et de suivre ensuite l'évolution du panache. L'implantation de leurs stations a été déterminée selon des considérations essentiellement pragmatiques et politiques. Aujourd'hui, grâce aux moyens informatiques, il est possible d'étudier si la configuration d'un réseau de mesures peut être optimisée. Une méthode d'optimisation mathématique a ainsi été développée en collaboration entre l'IRSN et le Cerea⁽²⁾. Son objectif est de positionner les stations de telle façon que les mesures qu'elles fourniraient, permettraient de reconstituer au plus près de la réalité le panache radioactif issu de n'importe quel site nucléaire français accidenté. Dans ce cas pratique, le nombre de stations est faible au regard de la dimension du territoire.


[ Base d'accidents simulés ]

Sur le principe, la méthode consiste à confronter la réponse de chaque configuration possible du réseau à une base de données de situations accidentelles. Cette base contient les caractéristiques spatiales et temporelles de multiples panaches radioactifs issus de rejets atmosphériques accidentels. Elle a été construite à l'aide du modèle de dispersion atmosphérique longue distance ldX⁽³⁾ en simulant des rejets accidentels supposés des 20 sites nucléaires français⁽⁴⁾ et à l'aide des conditions météorologiques réelles suivies pendant un an : 8360 panaches d'iode 131 ou de césium 137 simulés sur 7 jours.

Sur toute la durée de chaque accident, les mesures du réseau testé sont simulées et extraites de la base. Elles sont ensuite interpolées spatialement pour reconstituer le panache. Le panache reconstitué est alors comparé au panache stocké dans la base.




[ Minimisation de la fonction de coût ]

L'optimisation repose sur la minimisation d'une fonction mathématique (la fonction de coût) qui représente, en un point donné, l'écart entre la concentration estimée du panache après sa reconstitution, et la valeur « réelle » fournie par la base de données. Compte tenu du nombre d'emplacements possibles pour les stations, le nombre de réseaux potentiels est trop grand pour tous les tester. La position des stations est alors optimisée selon l'algorithme itératif du « recuit simulé »^GLO. La fonction de coût est calculée pour chaque configuration de réseau, cette configuration étant conservée ou pas selon qu'elle diminue ou non la fonction de coût. La fonction de coût évolue ainsi de proche en proche vers un minimum global. Une partie des stations existantes du réseau Opera doit être changée et leur implantation sera choisie à la lumière de ce travail d'optimisation.

Centre d'enseignement et de recherche en environnement atmosphérique (Cerea), laboratoire commun de l'école de Ponts ParisTech et EDF R&D.

Issu des essais nucléaires atmosphériques et d'accidents, dont celui de Tchernobyl, le césium-137 (¹³⁷Cs) est un radionucléide artificiel dont la demi-vie^GLO est de 30 ans. Entre les années 2000 et 2010, bien qu'il n'existât plus de rejet significatif, ce radionucléide était encore mesuré en France à l'état de traces infimes - sans effet sanitaire - dans les basses couches de l'atmosphère. Cette rémanence s'explique par la remise en suspension du césium, terme générique pour désigner les mécanismes qui émettent dans l'atmosphère des particules contenant des traces de radionucléides artificiels, issus d'anciens dépôts au sol ou partiellement intégrés dans la biomasse. Le phénomène est contrebalancé par le dépôt des particules, menant à une concentration d'activité moyenne annuelle de 0,25 µBq/m³ en France.

Pour identifier les processus de remise en suspension, un travail de thèse a exploité les mesures de ¹³⁷Cs effectuées sur les prélèvements d'aérosols atmosphériques réalisés par les stations de collecte à très grand débit du réseau Opera-Air^GLO de l'IRSN. Il a reconstitué les trajectoires journalières des masses d'air qui ont survolé ces stations pendant 10 ans, de 2000 à 2009, à l'aide du modèle Hysplit⁽¹⁾ et des données météo-climatiques. En combinant ces simulations avec les résultats de mesure du ¹³⁷Cs et grâce à différentes méthodes d'analyse statistique, il a identifié les principales zones géographiques d'émission et les mécanismes qui remettent en suspension le ¹³⁷Cs.

[ Incendies, poussières désertiques... ]

Deux principaux mécanismes expliquent chacun environ un tiers des pics de l'activité en ¹³⁷Cs (augmentations généralement inférieures à 2 µBq/m³) observés chaque année. Il s'agit d'une part des incendies de forêt⁽²⁾, en particulier dans les territoires fortement contaminés par les retombées de l'accident de Tchernobyl ; et d'autre part, du transport de poussières sahariennes, certes très faiblement marquées par les retombées des essais nucléaires aériens, mais qui se déplacent par centaines de millions de tonnes chaque année.


[ ... et chauffage au bois ]

Un troisième processus important a été identifié : l'utilisation de bois comme moyen de chauffage, même si la concentration en ¹³⁷Cs dans le bois est faible et que son facteur d'émission par ce processus est limité. En effet, son utilisation est répandue en France et en Europe continentale, principalement entre octobre et mars quand le niveau de ventilation peu important limite la dispersion des polluants dans l'atmosphère.

Connaître ces mécanismes et leur potentiel de remise en suspension donne la possibilité de mieux quantifier l'élimination des radionucléides dans l'atmosphère dans les jours qui suivent une contamination importante et de prévoir le retour, à plus long terme, à la situation antérieure à l'événement.

Laboratoire de Météorologie Physique - Observatoire de physique du globe de Clermont-Ferrand ; Department of Environmental Sciences (Venise, Italie) ; Institute for the dynamics of environmental Processes - CNR (Venise, Italie).