Étude des processus de formation des aérosols par évaporation de micro gouttelettes

Dans l'industrie nucléaire, de grandes quantités de matières radioactives sont manipulées en phase liquide. En cas d'accident, des gouttelettes d'aérosols pourraient être produites, ces gouttelettes sécheraient pour former des particules d'aérosols en phase solide. Les paramètres régissant le séchage des gouttelettes impact la morphologie finale des particules sèches qui détermine à son tour les propriétés aérodynamiques et les propriétés de transports de ces particules. Il est essentiel pour l'IRSN de comprendre les propriétés de transport des particules libérées.

Cette thèse vise à déterminer les propriétés de transport des particules d'aérosol formées lors du séchage des  gouttelettes, en comprenant le processus de formation des particules. L’étude cherche à prédire la morphologie des particules, à partir de la composition initiale de la solution radioactive et de la connaissance de la cinétique d'évaporation, et à former un modèle général pour la prédiction de la déformation de l’enveloppe  déterminant les propriétés de transport. Les résultats doivent être intégrés dans les travaux plus larges de l'IRSN concernant les aérosols et porter sur les sources préoccupantes de particules.

Une chaîne de gouttelettes est établie dans un environnement isolé à température et humidité contrôlées. Un éclairage stroboscopique est utilisé pour établir une image stationnaire des gouttelettes séparées par une période de temps égale tout au long du processus de séchage. Ceci permet de calculer leur diamètre aérodynamique. La taille des gouttelettes est mesurée à l'aide d'une image optique calibrée et peut également être mesurée en utilisant la diffusion d’un laser et la théorie de Mie. Les particules finales peuvent être collectées et leurs morphologies imagées à l'aide d’un microscope électronique à balayage.

Les résultats préliminaires ont montré que ce dispositif expérimental est capable de mesurer les propriétés des gouttelettes bien plus tôt dans leur durée de vie - dès les 100 premières ms - que d’autres techniques (comme l'équilibrage électrodynamique ou le piégeage optique, ces techniques seront également utilisées pour étendre et comparer les résultats). Des mesures sur des gouttelettes à évaporation rapide ont été obtenues avec une haute résolution temporelle, ce qui est idéal pour modéliser les aérosols potentiels formés par les évaporateurs de produits de fission.