Modélisation du transport du radon dans le sol en milieu karstique

Durée : 12 mois

Lieu de travail : Fontenay-aux-Roses (92), France

Une cartographie du potentiel radon géogénique a été réalisée par l’IRSN pour la métropole en 2010. Cette cartographie a permis de classer les communes en fonction du potentiel radon des roches caractérisant leur sous-sol (www.irsn.fr/carte-radon). Il ressort des conclusions de cette cartographie que des investigations complémentaires sont nécessaires pour étudier l’influence de certains facteurs géologiques tels que les milieux karstiques à une échelle régionale.
 
Dans le cadre du plan National d’action 2016-2019 pour la gestion du risque lié au radon, une première étude a été réalisée par l’IRSN sur une zone pilote située dans le département du Doubs (réseau karstique de Fourbanne). Cette étude a compris l’acquisition de données durant une année (cinq sites de mesure dans le sol et deux points de mesure dans la cavité), la synthèse et l’interprétation des données acquises et la modélisation des phénomènes de transport du radon depuis les cavités jusqu’en surface. Les résultats de cette étude ont montré que les niveaux élevés de radon dans l’air du sol observés sur ce secteur karstique s’expliquent par la teneur relativement élevée du sol en radium-226. De plus, les amplitudes des fluctuations de l’activité volumique de radon mesurées dans l’air du sol sont liées aux gradients de pression dans le sol eux-mêmes provoqués par les variations de pression dans la cavité.
 
Afin de confirmer et compléter ces résultats, des investigations complémentaires seront réalisées dans le cadre du projet RadoNorm (Managing risks from radon and Norm). Ces investigations vont comporter de nouvelles études de terrain afin de compléter la connaissance sur les relations entre les activités volumiques du radon dans l’air du sol et les teneurs de radium-226 des sols en milieu calcaire. De plus, une modélisation plus poussée du secteur d’étude devrait être réalisée afin de raffiner les résultats obtenus.

Le transport du radon en milieu karstique, modélisé dans la première étude, a été réalisé en utilisant une approche simplifiée de Brinkman. Cela consiste à créer une zone de transition à l’interface entre la cavité et la roche afin d’assurer le passage graduel des propriétés physiques comme la porosité et la perméabilité. De plus, des approximations sur le modèle ont dû être adoptées du fait du manque d’informations sur les propriétés physiques de la roche, la position des fractures et la géométrie exacte du système karstique surfacique. La modélisation a été réalisée sur une période d’intérêt d’un mois sur un seul des cinq points  de mesure des activités volumiques de radon dans l’air du sol.
 
 
Les objectifs de ce sujet de recherche de post-doctorat sont :

• de raffiner les résultats antérieurs de modélisation numérique par une minimisation du nombre d’approximations en s’appuyant sur de nouvelles mesures (coefficients d’émanation du radon, propriétés physiques de la roche, …) à réaliser sur le secteur d’étude ;
• prendre en compte de nouveaux processus intervenant dans le transport et reproduire ainsi des scénarios plus réalistes de transport du radon en milieu karstique ;
• étendre le calcul sur une seconde période d’intérêt afin d’évaluer l’impact de la variabilité atmosphérique (pluviométrie, pression, ...).

Dans un premier temps, une synthèse bibliographique des travaux antécédents en relation avec le transport du radon en milieu poreux est attendue. Le candidat devra ensuite effectuer la synthèse des données expérimentales acquises sur le site afin d’estimer les données manquantes.

Pour réaliser cette étude, le candidat s’appuiera sur l’outil de calcul T2Rn développé à l’IRSN en collaboration avec le laboratoire américain LBNL (Lawrence Berkeley National Laboratory) de l’université de Berkeley (Etats-Unis) et la société américaine CRC-LLC de Sandia Park (Etats-Unis). Ce code est basé sur la plateforme iTOUGH2 développée au LBNL, il permet de simuler l’écoulement bi-phasique liquide-gaz et le transport des composants gazeux (eau, air, radon) dans des milieux poreux ou fracturés, non isothermes et tridimensionnels, et de traiter les problèmes d’infiltration et d’évaporation à l’interface sol/plante/atmosphère, ainsi que le ruissellement de surface. Le candidat s’appuiera également sur les méthodes performantes de l’inversion numérique et de propagation des incertitudes que propose cet outil, pour l’optimisation des paramètres physiques et hydrodynamiques mal connus des sols et des roches.

Ce travail de post-doctorat contribuera à l’étude menée par l’IRSN dans le cadre du projet RadoNorm sur l’influence des karsts sur le potentiel radon des terrains. Il fera également l’objet d’une valorisation scientifique sous la forme de communication à des congrès et/ou d’une publication scientifique.