Modélisation 3D pour la dispersion atmosphérique de radionucléides en champ proche

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Prise de fonction : Début 2021

Descriptif du sujet

En cas de rejet accidentel de radionucléides dans l'atmosphère, les modèles de dispersion atmosphérique sont utilisés par l'IRSN pour prévoir les conséquences sanitaires et environnementales et proposer des actions de protection des populations. Étant donné les contraintes fortes en termes de temps de calcul et les incertitudes inhérentes à une situation d'urgence, la simplicité et la rapidité sont privilégiées. Les estimations sont conduites à l'aide de modèles simples qui fournissent une évaluation conservative des conséquences. Toutefois, ces modèles de type gaussien, utilisés jusqu'à quelques dizaines de kilomètres autour de la source, sont soumis à des hypothèses fortes qui ne sont pas toujours vérifiées, et montrent notamment leurs limitations en champ très proche (quelques centaines de mètres), en milieu bâti ou avec une orographie complexe. Une évaluation plus réaliste des conséquences est alors nécessaire, par le biais de modèles plus sophistiqués qui représentent explicitement l'écoulement autour des obstacles.

Les approches de type CFD (computational fluid dynamics) sont utilisées pour modéliser l'écoulement autour d'obstacles dans un rayon de quelques dizaines de mètres à quelques kilomètres. La dispersion des polluants dans cet écoulement peut alors être assurée par un modèle lagrangien. L'IRSN collabore sur le sujet avec le LMFA (Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique) de l'École Centrale de Lyon, notamment autour de la construction « à froid » de bases d'écoulement pour différentes conditions météorologiques « type » autour de sites nucléaires. L'écoulement correspondant à la situation au moment du rejet est alors calculé par interpolation de champs pré-calculés. Seule la dispersion est réalisée « à chaud » à l'aide du modèle lagrangien SLAM, ce qui garantit une rapidité de calcul bien supérieure à la solution consistant à recalculer l'écoulement par CFD en même temps que la dispersion.

Un des verrous des approches CFD est la prise en compte des conditions de forçage météorologique, à savoir l'influence sur l'écoulement et la dispersion dans le domaine du champ météorologique non résolu en dehors du domaine. Différentes approches de forçage existent dans la littérature, mais toutes présentent des limitations pour une utilisation opérationnelle (Demael and Carissimo 2008; Vendel 2011).

Les objectifs du post-doctorat sont :

• d'améliorer le forçage des conditions aux limites des modèles de CFD par la mise en place d'un préprocesseur météorologique permettant d'utiliser des observations au sol ou des données météorologiques à fine échelle, telles que le modèle AROME de Météo France 

• d'étudier la sensibilité des variables de sortie aux conditions d'entrée, notamment météorologiques (Demaël 2007; Armand et al. 2014) ;

• de proposer des post-traitements pertinents pour l'analyse rapide de champs issus de ces bases d'écoulement.

Du point de vue de la dispersion, la qualité de ces approches sera évaluée et comparée à des approches simplifiées de modélisation de type gaussien.

Pour cela, on s'appuiera sur les campagnes de dispersion menées par l'IRSN:

• un programme de mesures en continu du ⁸⁵Kr autour dans l'environnement à des distances variant de 2 à 30 km du site émetteur. Des séries temporelles de concentration atmosphérique de ⁸⁵Kr seront mesurées sur une longue période (plusieurs mois) en différents points géographiques à proximité du site ORANO La Hague, combinées avec l'acquisition météorologique et une fourniture des données de rejet par l'exploitant;

• une campagne de mesures autour de sites en milieu urbain (projet DIFLU), en utilisant de l'hélium comme traceur, afin d'effectuer des mesures en champ très proche (quelques dizaines de mètres). Ces campagnes visent à mieux caractériser la dispersion du Fluor 18 émis par des installations à usage médical en milieu urbain.

1. Armand, P., F. Brocheton, D. Poulet, F. Vendel, V. Dubourg and T. Yalamas (2014), Probabilistic safety analysis for urgent situations following the accidental release of a pollutant in the atmosphere, Atmospheric Environment, 96, 1-10, http://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2014.07.022.
2. Demaël, E. (2007). Modélisation de la dispersion atmosphérique en milieu complexe et incertitudes associées, Thèse de l'École Nationale des Ponts et Chaussées
3. Demael, E. and B. Carissimo (2008), Comparative Evaluation of an Eulerian CFD and Gaussian Plume Models Based on Prairie Grass Dispersion Experiment, Journal of Applied Meteorology and Climatology, 47(3), 888-900, http://doi.org/10.1175/2007jamc1375.1
4. Vendel, F. (2011). Modélisation de la dispersion atmosphérique en présence d'obstacles complexes : application à l'étude de sites industriels. http://www.theses.fr/2011ECDL0011/document

Profil recherché

Le ou la candidat(e) devra avoir une solide expérience en modélisation numérique avec des approches de type CFD, idéalement dans le domaine de la modélisation de la dispersion atmosphérique. La connaissance de modèles de dispersion eulériens ou lagrangiens serait un plus. Une bonne maîtrise des outils informatiques et notamment de l’environnement Linux et du langage Python est requise.