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L'IRSN
très impliqué dans Nugenia
L'association internationale Nugenia (Nuclear Generation II
& III Association), créée en novembre 2011 et lancée à
Bruxelles le 20 mars 2012, vise à coordonner au niveau
européen la recherche et développement pour les réacteurs de
2ème et 3ème générations.
Elle
rassemble les principales parties prenantes du secteur -
industriels, administrations, instituts de recherche et
organismes techniques de sûreté - et compte d'ores et déjà une
cinquantaine de membres provenant de 17 pays.
L'IRSN
est membre du conseil d'administration et coordonne deux
groupes de travail : le groupe dédié aux accidents graves
(qui inclut le réseau Sarnet, les études probabilistes de
sûreté et la gestion de crise) et celui pour l'harmonisation
des méthodes (qui s'occupe de recherche prénormative, de
pratiques de conception et d'analyse de sûreté, de codes et
des normes, et d'internationalisation des
pratiques).
Participation
de l'IRSN au congrès IRPA 13 à Glasgow
Une quarantaine de chercheurs et ingénieurs de l'IRSN ont
participé au 13ème congrès de l'IRPA (International
Radiation Protection Association) qui s'est tenu du 13 au 18
mai 2012 à Glasgow, en Écosse, sur le thème « Living with
radiation – Engaging with society ».
L'Institut a
présidé et animé deux sessions et était invité dans 1 table
ronde. Il a par ailleurs présenté 14 communications ainsi que
30 posters qui ont abordé la gestion du risque nucléaire par
la société civile, l'épidémiologie, la gestion de crise, la
dosimétrie ou la mesure des radionucléides dans
l'environnement.
Jad Farah, qui a effectué sa thèse à
l'IRSN, a remporté le premier « prix des jeunes
professionnels » pour sa communication « Development
of a library of Mesh and NURBS female phantoms for pulmonary
in vivo body counting studies. »
Séminaire
de clôture de Phébus PF
L'Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN)
et l'Institut pour l'énergie (IE) du Centre commun de
recherche de la Commission européenne (EC/JRC) ont organisé,
du 13 au 15 juin 2012 à Aix-en-Provence, le séminaire de
clôture du programme de recherche Phébus PF.
Ce
programme de recherche a permis de réaliser des expériences
globales, se rapprochant autant que possible des conditions
qui seraient celles d'un réacteur à eau légère accidenté, afin
de valider les logiciels de simulation utilisés pour calculer
le déroulement d'un accident grave et d'évaluer les rejets
radioactifs correspondants dans l'environnement.
Propositions
de thèses IRSN 2012
La majorité des sujets de thèse proposés par l'IRSN pour
l'année 2012 ont été pourvus.
Quelques propositions en
sûreté et radioprotection restent toutefois disponibles pour
de bons candidats titulaires d'un master 2 recherche dans
différentes disciplines scientifiques.
Il reste encore
quelques semaines pour postuler : ces sujets sont en
ligne sur le site Internet de l'IRSN, rubrique La
recherche.
Parution
du HDR de Agnès François
Le mémoire d'habilitation à diriger des recherches,
soutenue par Agnès François et intitulé Appréhender et gérer
les lésions radiques digestives : importance de la
réaction muqueuse et nouvelles orientations thérapeutiques
vient de paraitre dans la collection HDR de l'IRSN.
Il
est consacré à l'étude des conséquences de l'irradiation des
tissus digestifs lors de traitements de cancers par
radiothérapie avec pour but d'adapter et de faire évoluer les
perspectives thérapeutiques concernant le tube digestif, en
prenant en compte la globalité des effets secondaires, y
compris en dehors du champ d'irradiation (à l'échelle de
l'organe ou de l'organisme).
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[ Analyses rapides et
automatisées ]
En terme de recherche à visée
opérationnelle, l'IRSN identifie pour la protection de l'homme le besoin
de travaux pour améliorer les techniques de dosimétrie individuelle,
d'analyses rapides et automatisées en radiotoxicologie et en
cytogénétique, et l'élaboration d'autres outils intégrant l'exposition
cumulée dans le temps, pour un grand nombre d'individus. Quant à la
protection de l'environnement, l'IRSN va faire progresser sa plateforme de
calcul permettant d'évaluer toute la chaine des risques : du dépôt
sur le sol, à l'homme via la chaîne alimentaire, qui permet
finalement de calculer la dose reçue par l'homme. Les modèles de
dispersion des radionucléides dans l'environnement, et notamment sur les
côtes et en mer, nécessitent aussi d'accélérer les travaux.
La
recherche en sûreté nucléaire et en radioprotection est un élément majeur
de la maîtrise des risques dans les installations, au même titre que les
actions de contrôle ou l'accroissement des exigences techniques (au niveau
international). Des efforts ciblés doivent mobiliser le système de
recherche français, autour de ses acteurs traditionnels que sont l'IRSN et
le CEA. Mais pour relever pleinement ce défi, il y aura besoin du soutien
des pouvoirs publics et des industriels, et de prendre appui sur les
coopérations scientifiques nationales et internationales.
Contact :
Matthieu Schuler Directeur de la stratégie, du développement et
des partenariats
(1)
Resoh : Recherche en sûreté organisation hommes.
Incendie -
Sûreté nucléaire
L'incendie
dans une enceinte confinée et ventilée
L'IRSN a piloté entre
2006 et 2011 le programme expérimental international, Prisme, qui a permis
d'étudier les feux en milieu confiné et la propagation des fumées et de la
chaleur dans un ensemble de locaux reliés entre eux par une ventilation
mécanique. Le programme a permis de mieux comprendre les phénomènes
physiques impliqués, et donc de les modéliser pour améliorer les capacités
prédictives des logiciels de simulation de l'incendie utilisés dans les
études de sûreté des installations nucléaires.
Le feu est l'un des principaux risques qui peut survenir dans un
bâtiment industriel. S'il se déclare dans une installation nucléaire,
l'enjeu spécifique est de maintenir la sûreté nucléaire, ce qui impose de
pouvoir répondre à trois questions principales : comment se propage
la chaleur et la fumée d'une pièce à l'autre ? quel est l'impact de
la chaleur et de la fumée sur les systèmes importants pour la
sûreté ? Comment piloter la ventilation au mieux pour préserver le
confinement et limiter la propagation de la chaleur et de la
fumée ?
La plupart des outils de simulation des feux
modélisent les phénomènes de propagation des fumées. Mais peu d'entre eux
prennent en compte l'interaction de l'incendie avec un réseau de
ventilation. Or les données expérimentales étaient insuffisantes pour
valider les simulations des logiciels dans le cas de feux dans des pièces
confinées et ventilées mécaniquement. C'est la finalité du programme
international Prisme, regroupant une vingtaine de partenaires, qui a été
mené par l'IRSN sous les auspices de l'OCDE.
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Hotte Saturne
Au cours du programme Prisme, des
méthodes expérimentales ont été mises au point pour déterminer la
puissance d'un foyer en milieu confiné et ventilé. Ces méthodes sont
nécessaires pour évaluer la puissance d'un foyer dit complexe,
c'est-à-dire un foyer composé de combustibles solides hétérogènes,
pouvant présenter des géométries quelconques.
La puissance
d'un foyer est une grandeur élaborée à partir d'un bilan thermique
ou d'un bilan des espèces chimiques. Ces méthodes ont été tout
d'abord validées sur des foyers simples, comme des feux de gaz ou de nappes liquides,
puis appliquées à des foyers complexes comme des câbles ou une
armoire électriques. Ici, la hotte d'extraction Saturne, pour
évaluer la puissance du feu en atmosphère
libre.
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[ Gaz chauds,
fumées et ventilation ]
L'objectif du programme
était d'étudier les différents mécanismes impliqués dans la diffusion des
gaz chauds et de la fumée d'une pièce en feu vers les pièces adjacentes,
par toutes sortes de passages (portes ouvertes, interstices de portes
fermées, trous d'aération, tuyaux, etc.), et sous l'action de la
ventilation. Les expériences ont été réalisées dans les installations de
l'IRSN, Diva et Saturne. L'installation Diva est constituée de 4 pièces
reliées entre elles par des portes et un système de ventilation ;
elle est équipée d'environ 800 voies de mesure (pression, température des
gaz et des murs, perte de masse du combustible, concentrations de gaz et
de suies, flux de chaleur, débits de ventilation, etc.). La hotte
d'extraction Saturne permet quant à elle d'évaluer, en atmosphère libre,
les paramètres de combustion tels que la puissance du feu ou la chaleur de
combustion d'un foyer. Les foyers des essais Prisme sont soit des nappes
d'hydrocarbure(1), soit des équipements tels que des câbles ou
une armoire électrique. Ils sont d'abord étudiés en atmosphère libre. Puis
l'effet, sur ces foyers, du confinement et de la « viciation »
de l'atmosphère par les produits de la combustion est évalué pour
différentes configurations de ventilation.
Cinq campagnes
expérimentales ont été menées entre début 2006 et mi-2011, comprenant plus
de 35 expériences à échelle réelle. La campagne Prisme Source a mis en
œuvre un seul local ventilé. Elle a reproduit l'effet de la
sous-oxygénation, induite par la viciation de l'atmosphère, sur la façon
dont évolue la puissance d'un feu d'une nappe d'hydrocarbure en fonction
du débit de ventilation. Les campagnes expérimentales suivantes ont porté
sur l'écoulement de la fumée et des gaz chauds au travers de portes
ouvertes entre deux ou trois locaux, de trous d'aération ou des fuites
d'une porte coupe-feu. Enfin ont été réalisés les essais dits
« intégraux» où toutes les pièces de l'installation ont été
utilisées, avec des foyers complexes ainsi que l'activation des systèmes
d'extinction d'incendie (notamment des sprinklers) ou des clapets
coupe-feu sur la ventilation.
[ Effet de la ventilation sur
la puissance du feu ]
Le programme Prisme a
ainsi permis de mieux comprendre l'effet de la ventilation sur la
puissance d'un feu qui se déclare dans une pièce confinée et ventilée, et
notamment sur la durée de l'incendie. Selon le taux de renouvellement de
la ventilation, il est possible que le feu s'éteigne rapidement en raison
de la décroissance de l'oxygène. Mais les essais de Prisme ont montré que
le feu peut également se prolonger. En effet, un équilibre peut s'établir
entre l'air provenant de la bouche de soufflage de la ventilation et la
puissance du foyer : le combustible se consume alors lentement et en
totalité. Par exemple, le même foyer peut durer 2,5 fois plus longtemps
qu'en atmosphère libre dans un local ventilé avec un taux de
renouvellement horaire de 4,7. L'apport majeur est une meilleure
compréhension de l'effet de la sous-oxygénation sur l'évolution de la
puissance du feu.
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Essai de feu de câbles
électriques. |
Par ailleurs, des essais, mettant en œuvre des parois calorifugées,
ont montré le rôle du rayonnement thermique des gaz sur la puissance du
feu. Dans ce cas, l'énergie produite par le feu ne se dissipe pas par les
parois et contribue à échauffer les gaz. Les flux de chaleur
supplémentaires venant des gaz chauds augmentent la vaporisation du
combustible (pyrolyse) ce qui a pour effet d'augmenter la puissance du
feu. Des modèles corrélatif et analytique de pyrolyse ont pu être
développés. Ces modèles permettent d'améliorer l'estimation de l'évolution
temporelle du feu en milieu confiné et ventilé à partir d'une donnée
d'entrée obtenue en atmosphère libre.
[ Convection
mixte ]
Le programme Prisme a aussi permis de
quantifier l'effet, sur la propagation des fumées, de la convection
« mixte » qui combine la convection forcée créée par la
ventilation, et la convection naturelle induite par la forte température
des fumées. La ventilation mécanique de la pièce incendiée peut
significativement modifier les écoulements de gaz qui s'établissent
naturellement au niveau d'une porte ouverte entre deux locaux. Selon le
réseau de ventilation, la ventilation mécanique contribue à déséquilibrer
les flux entrant et sortant de la pièce incendiée, et à changer la
position du plan neutre (hauteur à laquelle les vitesses d'écoulements
sont nulles en raison de l'inversion des débits) au niveau de la
porte.
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Schéma de l'installation Diva et de
son réseau de ventilation.
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Vues de
dessus (haut), de front (bas, gauche) et de côté d'un test (test
PRS_LK4) réalisé dans deux pièces de l'installation Diva avec fuites
des fumées à travers les côtés de la porte coupe-feu et via la
bouche d'aération. |
[ De nouveaux modèles
pour les logiciels ]
Le volume de données
collectées pendant ce programme a permis d'évaluer la capacité des
logiciels à simuler différents scénarios d'incendie. Les nouveaux modèles,
notamment de pyrolyse, ont été implantés dans les logiciels des différents
partenaires (les logiciels Sylvia et Isis pour l'IRSN) et validés grâce
aux données expérimentales obtenues au cours de ce programme.
De
plus, des intercomparaisons de logiciels ont été organisées par l'IRSN
dans le cadre d'un groupe adossé au programme Prisme : les différents
partenaires ont confronté les résultats de simulations d'incendie aux
données expérimentales. Ce groupe a notamment testé et analysé plusieurs
« métriques », indicateurs utilisés pour évaluer objectivement
les écarts entre données expérimentales et les résultats de simulation
lors du processus de validation. Parmi celles préconisées par les normes,
deux métriques se sont révélées complémentaires pour évaluer la capacité
des logiciels à simuler un incendie. La première métrique évalue la
différence relative des résultats numériques et expérimentaux pour des
valeurs locales, comme des extremums. La seconde métrique est la distance
euclidienne normalisée qui permet d'évaluer l'écart entre les résultats
numériques et expérimentaux sur la durée du feu. Cette métrique se
comporte comme une mesure d'erreur globale.
Une étude de
sensibilité a également été réalisée avec six logiciels de calcul
différents, dont celui de l'IRSN, Sylvia. L'influence de six paramètres
d'entrée (puissance du feu, fraction radiative de la flamme, propriétés
thermiques des parois, etc.) a été testée pour le calcul de neuf grandeurs
d'intérêt (la température des gaz et des murs, la concentration d'oxygène,
les flux de chaleur, etc.). Pour tous les logiciels, les résultats
montrent que le paramètre d'entrée le plus influent est la puissance du
feu, ce qui montre la nécessité de poursuivre les efforts pour améliorer
sa détermination par modélisation.
Ces résultats encourageants ont
conduit à proposer une suite aux partenaires étrangers. Un second
programme Prisme a donc été lancé en juillet 2011 pour répondre à des
questionnements qui n'avaient pas pu être abordés comme la propagation de
gaz entre deux locaux superposés, la propagation d'un incendie sur
plusieurs chemins de câbles ou encore sur l'étude de la performance des
systèmes d'extinction.
Sandia National Laboratories (SNL) ; Nuclear
Regulatory Commission (NRC) ; OCDE.
Contact :
Laurence Rigollet (Service des agressions internes et des risques
industriels - SA2I)
(1) TPH =
Tetra-Propylene Hydrogenaté, C12H26.
Congrès : les
résultats ont été présentés durant un séminaire international le 30 mai
2012 à Aix en Provence.
+++ Pretrel
H., « Pressure variations induced by a pool fire in a well-confined and
force-ventilated compartment », Fire Safety Journal, publication
acceptée en 2012.
+++ Pretrel
H. et al. « Experimental Determination of Fire Heat Release Rate with OC
and CDG Calorimetry for Closed and Ventilated Compartments scenario »
FAM, publication acceptée en
2012.
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