Aktis n°28 déc 17/jan-fév 2018
Aktis n°28 déc 17/jan-fév 2018
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°28 de déc 17/jan-fév 2018

  • Périodicité : trimestriel

  • Editeur : Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire

  • Format : (150 x 210) mm

  • Nombre de pages : 12

  • Taille du fichier PDF : 2,2 Mo

  • Dans ce numéro : vers une meilleure prédiction du devenir des radionucléides dans le milieu marin.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

Dans ce numéro...
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PUBLICATIONS Buesseler K. et al. « Fukushima Daiichi–Derived Radionuclides in the Ocean : Transport, Fate, and Impacts » Annual Review of Marine Science 2017. 9:173–203 DuffaC. et al. « Development of emergency response tools for accidental radiological contamination of French coastal areas » Journal of Environmental Radioactivity 151 (2016) 487-494 Fiévet B. et al. « A dual pathways transfer model to account for changes in the radioactive caesium level in demersal and pelagic fish after the Fukushima Daiichi nuclear power plant accident » PLoS ONE. 2017. 12(3) : e0172442. 8 Aktis n°28 – hiver 2018 I Côte Faune démersale Schéma de principe du modèle « Dual Pathway Transfer Model » développé dans le cadre d’AMORAD. IRSN en cours de validation à l’aide des données existantes. En complément, des fiches de données (6) décrivant les spécificités des sites sensibles le long des côtes françaises sont établies. Au-delà de la gestion de crise, l’évaluation des conséquences à moyen et long termes nécessite des connaissances plus approfondies. Un programme de recherche de grande envergure, AMORAD, a été monté dès 2012 dans le cadre de l’appel à projet PIA Recherche en matière de sûreté nucléaire et de radioprotection (PIA RSNR) (1). Ce programme, qui s’achèvera fin 2019, vise à améliorer les modèles de prévision de la dispersion des radionucléides dans l’environnement terrestre comme marin, ce qui permettra à terme d’évaluer l’impact pour l’homme. Pour le milieu marin, la recherche porte sur au moins deux aspects  : d’une part, les processus à l’interface entre le continent et l’océan et le transport des radionucléides par les particules à différentes échelles spatio-temporelles et d’autre part, le transfert des radionucléides dans les chaînes alimentaires ainsi que la sensibilité et la vulnérabilité des écosystèmes impactés. Ces travaux sont complétés par le développement de méthodes d’aide à la décision afin de créer un pont entre scientifiques et gestionnaires du risque. En effet, les décideurs ont besoin d’informations synthétiques sur le moyen ou long terme leur permettant d’appréhender le niveau de contamination sur une zone donnée ainsi que l’impact de cette contamination sur différents enjeux sanitaires, environnementaux ou économiques. Ensemble des processus de contamination Un premier modèle de transfert du césium aux poissons a ainsi été développé pour rendre compte de la contamination plus élevée des espèces démersales à Fukushima. Il considère deux zones  : d’une part l’étroite Cs Plateau continental abysses Faune pélagique Ouest Cs-137 gradient de dilution Est Cs bande du plateau continental, située entre la côte et les abysses, où vivent ces dernières et où se retrouve une partie du césium rejeté par la centrale accidentée et d’autre part une zone plus large, correspondant essentiellement à la pleine mer, où vivent les espèces pélagiques. Ce modèle (Dual Pathway Transfer Model) considère que les poissons sont contaminés par deux voies  : l’eau de mer et la nourriture. La prise en compte de la nourriture est très importante car, le césium s’accumulant dans le biote, celui-ci devient une source de contamination pour les animaux qui s’en nourrissent et crée une sorte de recyclage de la contamination qui retarde l’élimination du césium. Les résultats de ce modèle ont été confrontés aux mesures faites près de Fukushima après l’accident mais aussi dans la Manche sur la base des données de surveillance acquises dans le contexte du fonctionnement normal des installations nucléaires côtières. Dans les deux cas, l’analyse montre que le paramétrage obtenu est adapté pour reproduire les principaux processus gouvernant le transfert de césiums radioactifs aux poissons dans l’environnement marin. Les travaux se poursuivent dans le cadre du projet AMORAD pour obtenir une modélisation représentant l’ensemble des processus de contamination jusqu’aux poissons, en partant de l’hydrodynamique et en intégrant les maillons intermédiaires tels que la production primaire, le zooplancton, les invertébrés benthiques, les petits pélagiques, etc. Elle prend en compte le régime alimentaire des poissons, grâce au travail réalisé notamment dans le cadre de la thèse de M. Belharet (voir Aktis n°23). La contamination des sédiments et son évolution sont également en cours de modélisation dans les différentes zones ateliers couvertes par le projet (Fukushima, Manche, Golfe de Gascogne et Méditerranée). Ainsi les avancées obtenues par AMORAD devraient permettre d’estimer avec une précision spatiale et temporelle assez complète le devenir d’une contamination accidentelle.
Combustible FORMATION PAR LA RECHERCHE Un NOUVEAU MODÈLE de comportement MÉCANIQUE pour des les MATÉRIAUX NANOPOREUX Afin d’évaluer la tenue du combustible nucléaire en cas d’accident de réactivité (RIA), l’IRSN simule son comportement à l’aide de logiciels prenant en compte ses caractéristiques mécaniques. Un nouveau modèle détaillé permettra de simuler l’effet de la présence de nano-bulles de gaz dans le matériau sur sa rigidité et sa fragilité. La microstructure du combustible nucléaire UO 2 évolue fortement durant sa vie en réacteur. Cette céramique poreuse piège en son sein, à forte irradiation, deux principales populations de bulles de gaz de fission  : des cavités nanométriques de forme plutôt sphérique (bulles intragranulaires) et des cavités micrométriques de forme plutôt aplatie (bulles intergranulaires). Durant un RIA, la température du matériau augmente fortement induisant une augmentation importante de la pression dans ces bulles. Une thèse de 2012 (M. Colbert) a mis en évidence un « effet de surface » à l’échelle des cavités nanométriques qui modifie le comportement élastique du combustible  : localement, à proximité de la surface de ces cavités, le matériau est plus rigide que dans le reste de la matrice. À porosité donnée, plus les cavités sont nombreuses, plus leur taille est petite et plus cet effet de rigidification par nano-porosité est significatif. Durant un RIA, cette rigidification permet au combustible de mieux résister à la pression due au gaz dans les bulles mais elle le rend aussi moins apte à accommoder de fortes sollicitations  : le combustible est plus rigide mais plus fragile. Motifs morphologiques représentatifsX. Haller a développé pendant sa thèse un modèle micromécanique mathématique, tenant compte à la fois de la structure nanoporeuse hétérogène de l’UO 2 irradié et de l’effet de surface des bulles nanométriques, qui permet de décrire le comportement élastique macroscopique du matériau. Il a pour cela utilisé un modèle de changement d’échelle qui permet de représenter, par une loi globale de comportement, tous les comportements spécifiques que le matériau a à plus petite échelle.X. Haller a choisi de modéliser l’UO 2 irradié comme un milieu poreux construit en assemblant différents motifs distribués et orientés aléatoirement par la méthode des CNRS/Université de Montpellier, Laboratoire commun MIST CONTACTS Pierre-Guy Vincent pierre-guy.vincent@ irsn.fr Laboratoire de physique et de thermomécanique des matériaux - LPTM (1) Nanocavité sphérique ou microcavité sphéroïdale. (2) Modèle d’interface imparfaite cohérente avec propriétés propres à l’interface. 0 0 U r analytique (nm) 2 3 4 5 2 3 4 5 U r analytique (nm) Isovaleurs du champ de déplacement radial, pour une cavité de rayon 1 nm environnée de la matrice et soumise à un chargement axisymétrique  : à gauche, avec le logiciel XPER (éléments finis), à droite, par le modèle analytique de la thèse. IRSN motifs morphologiques représentatifs, où un motif correspond à un volume sphérique composé d’une cavité (1) sous pression plongée dans une matrice (matériau dense). L’effet de surface des cavités est pris en compte pour chaque motif en utilisant un modèle (2) connu qui décrit l’interface entre la matrice dense et les cavités. La méthode des motifs morphologiques représentatifs permet d’assembler les motifs pour représenter le matériau, et d’en tirer la loi globale de comportement. Ce modèle sera implémenté dans le logiciel SCANAIR, actuellement développé à l’IRSN pour évaluer le comportement thermomécanique des crayons combustibles au cours d’un RIA. Enfin, de nouveaux travaux sont en cours pour affiner les données élémentaires de ce nouveau modèle par l’intermédiaire de calculs à l’échelle atomique. PUBLICATION Modélisation du comportement élastique des matériaux nanoporeux  : application au combustible UO2, Thèse soutenue par Xavier Haller le 23 octobre 2015 à l’Université de Montpellier, École doctorale  : Information, structures, systèmes. Aktis n°28 – hiver 2018 9



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