Le programme Disver
Dernière mise à jour en juin 2011
Mené de 2008 à 2012, le programme Disver (dispersion verticale) a pour objectif principal de valider, à l’aide de campagnes en mer, les calculs du modèle Mars. Co-développé par l’Ifremer et l’IRSN, ce modèle hydrodynamique tridimensionnel simule la dispersion de polluants solubles dans l’eau de mer.
Le projet Disver (dispersion verticale) est mené depuis 2008 par le Laboratoire de radioécologie (LRC) de l’IRSN en collaboration avec l’Ifremer. Il vise à valider les derniers développements d’un modèle hydrodynamique de dispersion tridimensionnelle d’un panache de polluant. Initialement développé par l’Ifremer et adapté aux besoins de l’IRSN, le modèle Mars 3D permet de simuler la dispersion de rejets liquides durant les minutes et les heures suivant le rejet, depuis le fond jusqu’à la surface, en fonction des courants, des marées et des vents.
La dispersion des polluants en Manche peut être simulée à l'aide de modèles 2D(1), en intégrant sur la verticale les vitesses et les concentrations du polluant. Cette utilisation des modèles 2D n’est valable que si le panache est situé à plus d’un kilomètre et plus d’une heure après le rejet. De plus, elle n’est possible que sous certaines conditions : densité de rejet proche de celle de l’eau de mer ; concentrations des rejets homogènes sur la verticale ; pas de stratification thermique ou haline de la masse d’eau.
Le modèle Mars 3D s’affranchit de ces contraintes et représente la colonne d'eau en la discrétisant en tranches horizontales caractérisées par des niveaux sigma (fraction constante de la couche totale). Cette discrétisation verticale permet de représenter des gradients verticaux de vitesse et de concentration du polluant dans l’eau qui résultent de paramètres tels que le coefficient de rugosité, du coefficient de diffusion et de la turbulence du traceur.
Pour valider ce modèle, des campagnes de prélèvement sont organisées qui permettent d’effectuer des mesures de concentration du polluant dans des strates d’épaisseur prédéfinie. Ces mesures de concentration in situ intègrent l’influence de tous les paramètres et permet de vérifier leur ajustement.
Les premiers résultats expérimentaux montrent d’ailleurs une grande variabilité spatiale et temporelle des gradients de concentration de radioéléments. Ils impliquent de faire évoluer la précision du modèle vers une maille de calcul élémentaire de moins de 30 mètres. Il faut de ce fait représenter la diffusion turbulente à cette échelle, un défi fondamental à relever pour représenter correctement l’évolution du panache. La diffusion turbulente est en effet responsable de l'étalement rapide du panache (plus de 100 mètres de large à 300 mètres de l'émissaire), de la formation de plusieurs lobes distincts et de la variabilité temporelle des structures observées (concentrations variant d'un facteur cent en dix minutes).
Les campagnes expérimentales
La validation de ces paramètres repose sur l'exploitation de plusieurs campagnes de prélèvement d’eau de mer effectuées au large de l’usine de retraitement de la Hague, Areva-NC étant partenaire de ce programme. Le LRC utilise le tritium(2) présent dans les rejets liquides comme traceur de la dispersion.
Trois campagnes de prélèvement étaient prévues. Après la campagne de 2009 qui a validé la méthodologie, la campagne Disver10 effectuée en octobre 2010 avait pour but d'étudier la dispersion du tritium à proximité (entre 100 m et 2km) de l’émissaire, lorsque le panache n'est pas encore homogène sur la verticale. La campagne Disver11, réalisée en avril 2011 a permis d'étendre la zone d'étude jusqu'à 10 km, dans une zone où les profondeurs et les gradients bathymétriques sont importants (de 30 à 100 mètres de profondeur). Les campagnes de 2010 et 2011 ont permis de collecter respectivement 5 600 et 13 400 échantillons sur 10 niveaux, de la surface à 30 mètres de profondeur, grâce au système de prélèvement développé par le LRC. Les informations collectées à ces distances du point de rejet permettent d’affiner les paramètres de dispersion pour mieux prévoir la dispersion de rejets, qu’ils soient chroniques ou accidentels, dans des mers à fortes marées comme c’est le cas dans la zone géographique de la Hague.
En savoir plus sur les campagnes 2010 et 2011
Un nouveau système de prélèvement en profondeur unique en son genre
Un système de prélèvement dynamique en profondeur a été élaboré par l’équipe du LRC pour prélever des échantillons en continu et à plusieurs profondeurs simultanément tout en navigant à une vitesse normale de 5 à 10 nœuds (soit 5,1 m/s). La ligne de prélèvement est maintenue immergée jusqu’à 50 mètres de profondeur grâce à un lest dynamique de 70 kg agissant comme un poids de 1500 kg, le Dynalest. Il est particulièrement adapté à l'échantillonnage vertical en profondeur à proximité des côtes, dans des zones à forts courants tel qu’au large de la Hague. Il a été testé en conditions réelles lors de quatre campagnes en 2008, 2009, 2010 et 2011. Durant les deux dernières campagnes, il était suffisamment fiable pour ne pas nécessiter de surveillance durant les prélèvements.
Le dynalest (©IRSN)
La ligne de prélèvement est dotée de dix tuyaux immergés à une profondeur fixe, chaque tuyau étant associé à un niveau spécifique : tous les deux mètres pour les prélèvements à proximité de l'émissaire ; tous les 5 mètres dans les zones plus profondes. Des capteurs de profondeur enregistrent en continu la profondeur réelle d'immersion.
Les prélèvements de 15 ml sont effectués simultanément par plusieurs pompes et collectés par un automate qui enregistre les débits et les heures des prélèvements. L'automate a été développé pour cette étude conjointement avec l'école d'ingénieurs de Cherbourg. Sa polyvalence a permis de l'utiliser pour réaliser des suivis à haute fréquence dans l'eau de mer ou dans la vapeur d'eau atmosphérique.
Durant les campagnes en mer, plus de 1200 échantillons par heure sont collectés, soit un toutes les 30 secondes sur 10 niveaux. Le conditionnement pour la mesure par scintillation liquide est effectué à bord avec l'ajustement des volumes et l'ajout de liquide scintillant.
Une fois les mesures acquises, les données collectées doivent être traitées en fonction des débits des pompes, de la vitesse du bateau et des profondeurs enregistrées afin de faire correspondre aux heures de prélèvement acquises durant les campagnes, les heures et positions en longitude, latitude et profondeur où l'eau de mer est entrée dans les différents tuyaux. Ce traitement est indispensable car le temps de transit de l'eau dans les tuyaux peux dépasser 5 minutes, il est comparable à la durée de traversée du panache durant un transect (voir actu DisVer10).
La table de prélèvement (©IRSN)
(1) : Le domaine d'application des modèles à deux dimensions sur le plateau continental du nord-ouest de l'Europe s'étend entre deux et mille kms du lieu de rejet, pour des durées de simulation allant d’une heure à plusieurs années. Ils permettent en particulier de reconstituer la dispersion des rejets de radionucléides de la Manche et à l'échelle du plateau continental depuis 1985. Ils ont été validés par environ 16 000 mesures de radiotraceurs solubles (3H, 125Sb, 99Tc) réalisées sur des prélèvements d’un volume de 120 litres effectués durant 60 campagnes océanographiques du LRC entre 1988 et 2006.
(2) : Le tritium a été choisi comme traceur en raison de sa parfaite conservativité en solution dans l’eau de mer sous la forme HTO, de sa simplicité d’échantillonnage et de mesure par scintillation liquide.