Laboratoire d’expérimentations et de modélisation en aérodispersion et confinement (LEMAC)

LEMAC - Diffusion lumineuse d’un écoulement d’air à l’entrée d’une ouverture d’enceinte

Le Laboratoire d’expérimentations et de modélisation en aérocontamination et confinement (LEMAC) est une équipe d’une quinzaine de chercheurs, techniciens, doctorants et alternants dont le cœur de métier est l’étude des transferts de polluants gazeux et particulaires à l’intérieur des installations nucléaires y compris via les réseaux de ventilation. Il déploie pour cela des moyens à la fois expérimentaux sur la plateforme MISTRAL (référencée dans le projet Européen OFFERR (eurOpean platForm For accEssing nucleaR R&d facilities)) et numériques (S3AFER (Scientific Software Solutions for Assessment of Fire and Explosion Risks). En outre, le laboratoire porte pour l’IRSN les activités de certification d’équipement de protection individuel (EPI) et l’homologation d’équipements nucléaires (CTHEN). 
Au sein de l’IRSN, le laboratoire qui appartient aux groupes thématique de recherche « Incendie Explosion», « Altération et vieillissement des matériaux du nucléaire » et « Dispersion des matières radioactives et polluants », a été agréé par l’HCERES en 2021. Il apporte également un soutien technique dans le cadre des expertises de sûreté.
Il est implanté sur le site du CEA à Saclay .

Axes de recherche

Les principales missions du laboratoire sont axées sur des travaux de recherches expérimentaux et des travaux de modélisation et de simulation numérique dans le domaine de la mécanique des fluides appliquée à la ventilation et aux transferts aérauliques dans les installations.
Ces travaux permettent :

  • de réaliser des études de confinement et d’aérodispersion en support à l’expertise
  • d’acquérir et/ou de spécifier, contribuer au développement et à la validation des outils de calculs nécessaires à ces études dans ses domaines de compétence
  • de contribuer à la définition et à la réalisation des programmes expérimentaux nécessaires à la validation de ces outils de calcul

Principaux Programmes menés dans le laboratoire 

  • AEROTRACH en collaboration avec l’hôpital de Laveran de Mareseille et l’Université deParis-Est (financement ANR), visant la comparaison de deux techniques de trachéotomie en termes d’émission d’aérosols ayant un impact sanitaire pour les soignants
  • EPHEMERE portant sur l’étude de la rétrodiffusion particulaire aux ouvertures d’enceintes de confinement
  • DEPART en collaboration avec l’Université de Paris-Est, portant sur l’étude du dépôt des particules dans les réseaux de ventilation
  • TEMPO en collaboration avec le Centre de Morphologie Mathématique (MINES Paris TECH) portant sur l’utilisation de l’intelligence artificielle pour la métrologie du dépôt en aérosols
LEMAC - Diffusion lumineuse d’un écoulement d’air à l’entrée d’une ouverture d’enceinte
Diffusion lumineuse d’un écoulement d’air à l’entrée d’une ouverture d’enceinte ©IRSN

Équipements et logiciels

Equipements techniques notables

Le laboratoire met en œuvre les principales techniques suivantes pour lesquelles il détient une parfaite maitrise :  

  • Techniques de mesure de vitesse PIV, stéréo PIV, LDV, Anémométrie fil chaud pour la caractérisation spatio-temporelle des champs de vitesse et des intensités de turbulence dans un plan)
  • Techniques de traçage gazeux à l’hélium (Spectrométrie de masse) ou au SF6 (Dispositif d’absorption IR)
  • Techniques de traçage particulaire : mise en œuvre de générateurs de particules fluorescentes (fluorescéine sodée) ou non fluorescentes (chlorure de sodium, alumine) de différentes granulométries, de compteurs optiques et granulomètres, de fluorimètres, et développement du dispositif AEROFLU de mesure en temps réel et en continu de la concentration et taille de particules fluorescentes.

Logiciels

Le laboratoire maitrise la modélisation des réseaux de ventilation à l'aide du code de calcul SYLVIA et assure la simulation numérique des écoulements et des transferts d’espèces ou thermiques par des codes de calculs CFD (ANSYS CFX/FLUENT, CALIF3S).

LEMAC Simulation de la dispersion d’un gaz suite à une fuite dans un local ventilé

De gauche à droite : calculs des dépôts d’aérosols lors d’une fuite d’un évaporateur et simulation de la dispersion d’un gaz suite à une fuite dans un local ventilé ©IRSN

Les installations expérimentales d’étude des transferts aérauliques et/ou d’aérocontamination implantées sur le site de Saclay, sont regroupées sous le nom de « Plateforme MISTRAL », répertoriée dans le réseau européen OFFERR. L’ensemble de ces installations de différentes géométries permet d’étudier et de quantifier les phénomènes de transfert d’aérocontaminants gazeux et/ou particulaires dans un système ventilé, sous différentes contraintes. L’instrumentation associée est composée de l’ensemble des équipements décrits.

Installation MACUMBA

Cette installation doit permettre d’évaluer les débits de fuite gazeux et particulaires au travers de parois en béton armé fissurées suite à un accident. Le premier programme expérimental exploitant cette installation, le projet COBRA, est dédié à l’étude du confinement assuré par l’enceinte interne des réacteurs 1300 MWe.

MACUMBA
A gauche : vue globale de l’installation MACUMBA. A droite : instrumentation des parois ©IRSN

Enceinte CARDAMOMETTE

Cette enceinte ventilée à échelle réduite (4 m3) et de ventilation modulable permet d'obtenir des données expérimentales sur la dispersion de gaz dans des locaux ventilés pour la validation des codes de calculs CFD. Des mesures de concentration en gaz, associées à des mesures de champs aérauliques, sont ainsi comparées à des résultats de simulation pour différents scénarios accidentels d’émission de gaz.

Enceinte CARDAMOMETTE
A gauche : banc expérimental CARDAMOMETTE. A droite : calibration de la stéréo-PIV ©IRSN
CARDAMOMETTE  - Jet d’hélium tracé à l’alumine (gauche) et champs PIV associé
A gauche : jet d’hélium tracé à l’alumine. A droite : champs PIV associé

Enceinte MASSALE

Cette enceinte ventilée de grande échelle (36 m3) peut abriter différentes maquettes expérimentales dédiées en particulier à l’étude du confinement dynamique aux ouvertures. Le programme actuel EPHEMERE est dédié à l'étude des critères de confinement aérauliques des sas de chantiers de démantèlement souples, classiquement implantés dans des installations nucléaires en activité ou en phase de démantèlement. Différents scénarios incidentels et accidentels sont examinés.

LEMAC Sas de chantier en test dans MASSALE
De gauche à droite : enceinte ventilée MASSALE, sas de chantier en test, simulation numérique de transfert particulaire ©IRSN

Boucle DIESE

La boucle aéraulique DIESE est dédiée à l'étude du transfert des particules dans un réseau de ventilation à échelle réelle comportant de nombreuses singularités, et permet d'aborder toutes les problématiques liées au transport et au dépôt particulaire pour des aérosols de granulométrie variable avec des configurations de réseau ajustables.

Vue globale de la boucle DIESE
Vue globale de la boucle ©IRSN

Etudes support

Le laboratoire réalise des prestations expérimentales et des simulations numériques en lien avec ses thématiques de recherche. Ainsi, il conduit des expertises expérimentales liées aux études de transfert d’aérocontaminants dans des locaux ventilées ou à des postes de travail pour le compte de différentes entreprises (AAA, ORANO, CEA, DGA).
Il a également pour client des fabricants d’équipements nucléaires (NUVIA, CAMFIL, etc.) et d’EPI (MATISEC, HONEYWELL dans le cadre de ses activités d’homologation et de certification.

Il participe à des activités de formation pour les universités pour l’IRSN Academy, pour l’université interne de l’IRSN et pour l’INSTN (ventilation et confinement).

Partenariat et réseaux de recherche

Principaux partenaires Industriels :

  • ORANO
  • CSTB
  • INRS

Principaux partenaires académiques

  • Université Paris Est 5upec°
  • Hôpital LAVERAN
  • ENS Paris-Saclay
  • Université Gustave Eiffel
  • Université de Pau et des Pays de l’Adour

Laboratoires IRSN partenaires

Équipe de recherche

LE ROUX Nicolas, chef de laboratoire
PREVOST Corinne, Ingénieur, adjointe au Chef du laboratoire, ORCID 000-0003-2170-9329
ALENGRY Jonathan, Docteur, ORCID 0009-0006-2364-2868
DANY Florent, Technicien
GELAIN Thomas, Ingénieur, ORCID 0000-0001-7566-6024
LE ROUX Nicolas, Docteur, ORCID 0009-0007-9634-7875
LIATIMI Nadia, Technicienne
MALET Jeanne, Docteur, HDR, ORCID 0000-0002-5853-1694
MARGUERIE Sylviane, Ingénieur 
RENAUT Maud, Ingénieur 
WIESE Johann, Technicien
D'ALICANDRO Andrea UPEC, Post doctorant ORCID 0000-0002-1058-3217
PLOIX Rémy UPEC, Doctorant, en thèse depuis novembre 2021

Les équipes du LEMAC
Les équipes du LEMAC ©IRSN

Thèses et publications

Liste des thèses en cours et publication du laboratoire

Prix

  • Best Poster à la Conference WM2023, 26 février–2 mars 2023, Phoenix, Arizona, USA  : The relevant criteria to ensure the efficiency of the dynamic containment of flexible airlocks during dismantling operations, Corinne Prévost, Thomas Gelain, Zeinab Rida, Eric Climent (IMFT)

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