Étude de la remise en suspension de particules due à la marche d'un opérateur

Lors des interventions humaines pendant les arrêts de tranche des installations nucléaires d’EDF, on remarque une remise en suspension de certains radionucléides sous forme d’aérosols (1 μm < dp < 10 μm). Dans le cadre d’une augmentation des interventions effectuées de façon simultanée en bâtiment réacteur, il devient important de mieux comprendre la remise en suspension due à l’activité des opérateurs pour adapter leur radioprotection.

Le but des travaux de cette thèse est de quantifier la remise en suspension des particules suite à la marche des opérateurs sur un sol faiblement contaminé. Pour cela, la démarche suivie consiste à coupler un modèle de remise en suspension aéraulique avec des calculs numériques d’écoulement sous une chaussure, puis à caractériser expérimentalement certains paramètres d’entrée du modèle (diamètre de particule, forces d’adhésion, mouvement de la chaussure).

Le modèle de remise en suspension Rock’n’Roll proposé par Reeks et Hall (2001) a été choisi car il décrit de manière physique ce mécanisme et est basé sur le moment des forces appliquées à une particule. Il nécessite la maîtrise de paramètres d’entrée tels que la vitesse de frottement de l’air, la distribution des forces d’adhésion et le diamètre des particules.

Concernant le premier paramètre, des simulations numériques d’écoulement ont été réalisées, à l’aide du code de calcul ANSYS CFX, sous une chaussure de sécurité en mouvement (numérisée par CAO 3D) ; les cartographies des vitesses de frottement obtenues donnent des valeurs de l’ordre de 1 m.s-1 pour une vitesse angulaire moyenne de 200 °.s-1.

Concernant le deuxième paramètre, des mesures AFM (Atomic Force Microscope) ont été réalisées avec des particules d’alumine ainsi que des particules d’oxyde de cobalt en contact avec des surfaces en époxy représentatives de celles rencontrées dans les installations d’EDF. L’AFM permet d’obtenir la distribution des forces d’adhésion et révèle une valeur moyenne bien plus faible que ce qui peut être calculé de façon théorique en utilisant par exemple le modèle JKR proposé par Johnson et al. (1971). De plus, cette technique qui tient compte des rugosités de surface, montre que plus la taille de la particule augmente, plus la moyenne des forces d’adhésion diminue. Enfin, l’analyse des mesures AFM a permis d’obtenir une corrélation liant la distribution des forces d’adhésion au diamètre des particules, remplaçant celle de Biasi et al. (2001) initialement utilisée dans le modèle Rock’n’Roll et permet ainsi d’adapter le modèle aux particules et aux revêtements de sol étudiés.

Le couplage, effectué dans le code de calcul ANSYS CFX, entre les calculs de vitesses de frottement et le modèle de remise en suspension, a permis de déterminer des taux de remise en suspension théoriques pour le cas d’un cycle unique de marche. Ce couplage a été dans un premier temps validé par une comparaison à l’expérience pour le cas simple d’une plaque en rotation dans un volume contrôlé. En complément, des expériences à l’échelle d’un local ventilé de 30 m3 ont été réalisées en marchant sur un revêtement époxy ensemencé en particules de tailles calibrées (1,1 μm et 3,3 μm). Ces expériences ont permis de mettre en évidence les paramètres influant la remise en suspension des particules, tels que la fréquence de pas et la taille des particules.