atelier « caractérisation -...
TRANSCRIPT
Journée de présentation AAP Andra
15 décembre 2014
Atelier « Caractérisation »
DMR/SQC/14-0327
Présentation des intervenants
Intervenants de l’atelier « Caractérisation »
(contacts disponibles dans le carnet distribué)
Contacts disponibles dans le carnet distribué
Objectif de l’atelier : Susciter des discussions techniques
Un espace d’échange ANR/Andra est à votre disposition pour les questions « non techniques »
2
Eric
GIFFAUT Chef de service
Chimie et transfert des
radionucléides [email protected]
Denis
POMBET
Ingénieur Analyses
Radiochimiques et
Essais Techniques
Surveillance
Qualité des Colis [email protected]
Laurent
MIROLO Ingénieur Mesures
Nucléaires
Surveillance
Qualité des Colis [email protected]
Stéphane
PLUMERI
Ingénieur R&D
Instrumentation
Monitoring et Traitement
des Données [email protected]
Philippe
DUBREUILH Géologue
Géologie et
Environnements de
Surface
Guillaume
CAMPS
Ingénieur R&D
Matériaux Cimentaires Comportement des
matériaux cimentaires [email protected]
Jean-Louis
MAILLARD
Ingénieur
Sureté Sûreté - Spécifications
d’acceptation des colis [email protected]
DMR/SQC/14-0327
AAP : journée de
présentation du 15 décembre
2014
Rappel des thématiques de l’AAP
3
Caractérisation
Amélioration de la
sensibilité et de
l’exactitude des
mesures
Techniques
analytiques
innovantes
Echantillonnage et
représentativité
Caractérisation des
ouvrages,
équipements et de
l’environnement
Tri et
traitement des
déchets
Tri et recyclage
Traitement des
déchets sans filière
d’élimination
Procédés et
techniques de
réduction de
l’activité
Nouveaux
procédés et
matrices de
conditionnement
Nouveaux
matériaux
pour le
stockage
Matériaux
durables pour le
stockage des
déchets (colisages
et ouvrages)
Matériaux
intelligents pour
l’auscultation du
stockage
Innovation et
société (SHS)
Organisation
socio-économique
et régulation
politique en
amont du
stockage
Evaluation et mise
à l’épreuve des
choix
scientifiques et
techniques
DMR/SQC/14-0327
AAP : journée de
présentation du 15 décembre
2014
Thématique : Caractérisation
4
Une donnée clé des programmes de démantèlement pour
optimiser globalement l’ensemble de la filière de gestion des
déchets générés
Coût, risques, durée…
Choix du scénario de démantèlement
Choix des étapes de tri/traitement/conditionnement
Choix de la filière de stockage
Beaucoup de R&D déjà menée, des défis à relever
Innovation incrémentale
Innovation de rupture
Application aux déchets de démantèlement… et à la reprise de
déchets anciens
DMR/SQC/14-0327
AAP : journée de
présentation du 15 décembre
2014
Thématique : Caractérisation
5
Une thématique très large, regroupant plusieurs niveaux de R&D
Objets caractérisés : installations, équipements, déchets, environnement (sol,
eau, air, en lien avec opérations de démantèlement)
Type de caractérisation : radiologique, chimique, physique
Espèces caractérisées : radionucléides, toxiques chimiques, espèces
dangereuses
Formes caractérisées : solide, liquide, gaz
Etape dans le processus de caractérisation : du prélèvement à l’exploitation
des mesures
4 thématiques fortement liées entre elles
Avant la
mesure :
Echantillonnage
et
représentativité
Mesure et
exploitation :
Amélioration de
la sensibilité et
de l’exactitude
des mesures
Mise en œuvre
de la mesure :
Techniques
analytiques
innovantes
Application à
« grande
échelle » :
Caractérisation
des ouvrages et
des
équipements
DMR/SQC/14-0327
AAP : journée de
présentation du 15 décembre
2014
Echantillonnage et représentativité
6 DMR/SQC/14-0327 AAP : journée de présentation
du 15 décembre 2014
Sous-Thématique
« Echantillonnage et représentativité »
Problématique :
Comment définir et mettre en œuvre un plan d’échantillonnage
(prélèvements, techniques et nombre de mesures) pour s’assurer de
la représentativité des résultats et faciliter leur exploitation
Volume à prélever/ densité de données pour être représentatif
Techniques à employer/multiplicité de matériaux
Itérations… pour quels objectifs ?
Objectifs et périmètre :
Améliorer la représentativité des échantillonnages réalisés
Optimiser les techniques d’échantillonnage et de prélèvement
Optimiser la robustesse des données acquises (études statistiques)
Toutes les phases du démantèlement sont concernées…
7 DMR/SQC/14-0327
AAP : journée de
présentation du 15 décembre
2014
Sous-Thématique
« Echantillonnage et représentativité »
Quelques besoins R&D (non exhaustifs)
Les moyens de prélèvement
Développement de systèmes de prélèvement peu invasifs (micro-
carottage, micro-forage)
Cas des déchets très actifs/irradiants notamment
Mise au point de moyens de prélèvements qui n’altèrent pas la nature
physico-chimique des échantillons
Techniques de prélèvements « multi-matériaux » (un seul outil de forage)
Systèmes autonomes, pilotés ??
Le couplage entre les moyens de prélèvements et les outils d’analyse
Techniques de prélèvements d’échantillons couplées « en ligne » avec
systèmes de mesures afin de garantir leur représentativité
Les outils d’optimisation des plans d’échantillonnage pour améliorer la
représentativité
Les systèmes de gestion de l’information
Assurer la traçabilité et la pérennité des données
Faciliter leur exploitation (statistiques, intégration des données
historiques : état zéro, exploitation)
8 DMR/SQC/14-0327
AAP : journée de
présentation du 15 décembre
2014
Sous-Thématique
« Echantillonnage et représentativité »
Quelques exemples (non exhaustifs)
Réalisation de micro-forages sur colis de déchets et éléments de
structure
Implémentation de moyens d’investigation destructifs et non
destructifs, de moyens analytiques et d’outils d’analyse des données
(in situ/temps réel)
9 DMR/SQC/14-0327
Plan d’échantillonnage lors de la reprise de déchets anciens
Une composition souvent mal connue : perte des informations,
caractérisation insuffisante par rapport au niveau d’exigences
actuel
Une composition parfois très hétérogène spatialement :
phénomènes de stratification/concentration
AAP : journée de
présentation du 15 décembre
2014
Image Géovariances
Photo NMNT
Image Géovariances
Amélioration de la sensibilité
et de l’exactitude des mesures
10 DMR/SQC/14-0327 AAP : journée de présentation
du 15 décembre 2014
Sous-Thématique
« Amélioration de la sensibilité et de l’exactitude
des mesures »
Objectifs et périmètre :
Réduire significativement les limites instrumentales (LD, LQ) de mesure
des contaminants
Radionucléides, toxiques chimiques
Mesures de terrain ou en laboratoire
Diminuer et harmoniser les incertitudes de mesures
Des besoins sur le plan radiologique et chimique :
Comparer les activités des radionucléides, les teneurs en toxiques
chimiques aux seuils Andra
Evaluer :
Les inventaires radiologiques et chimiques des centres de stockage
(capacités)
Les relâchements de radionucléides gazeux et de gaz
Etapes de préparation d’échantillon : broyage, mise en solution,
séparation…
Instrumentations
Couplages méthodologiques
Matériaux de référence (mesures sur solides)
11 DMR/SQC/14-0327
AAP : journée de
présentation du 15 décembre
2014
Sous-Thématique
« Amélioration de la sensibilité et de l’exactitude
des mesures »
Quelques exemples… au niveau radiologique :
Mesure des radionucléides émetteurs b (3H, 14
C, 36
Cl, 90
Sr…) et émetteurs a
Des radionucléides difficiles à mesurer… entrainant des évaluations souvent
« enveloppes »
Une difficulté à travailler sur des aliquotes de masses élevées
Radionucléides b à vie longue (produits d’activation ou produits de fission)
tels que 10
Be, 36
Cl, 41
Ca, 79
Se, 129
I (valeurs de ratios faibles)
36Cl : LD usuelles en routine de l’ordre du Bq/g à plusieurs dizaines de Bq/g
» LD « cibles » avec séparation fine et mesures SMA : de l’ordre du mBq/g
93Zr : problème de reproductibilité des mesures (interférents)
Mesure des radionucléides sur des matrices/objets complexes
Mesures sur matériaux de densité élevée : spectrométrie gamma sur échantillons
de mercure (SG500)
Mesures non destructives sur objets volumineux (caissons métalliques :
spectrométrie gamma, relâchements gazeux)
12 DMR/SQC/14-0327
AAP : journée de
présentation du 15 décembre
2014
Photo Cerege
Sous-Thématique
« Amélioration de la sensibilité et de l’exactitude
des mesures »
Quelques exemples… au niveau chimique :
Mesures de toxiques chimiques « délicates » pour Se, Be, As
Sélénium : mise en solution difficile, élément volatil, moindre
sensibilité instrumentale LD élevée
Même problématique pour béryllium et arsenic
LD obtenues supérieures aux seuils d’identification (1, 6 et 10 ppm
pour déchets homogènes)
Des techniques de mesure adaptées à l’étude de la spéciation des
radionucléides (3H,
14C) et des toxiques chimiques
Des espèces pouvant exister sous plusieurs formes chimiques
Solide/liquide/gaz
Forme inorganique (HT, 14
CO2…) et organique
Par exemple pour les évaluations de relâchement gazeux
13 DMR/SQC/14-0327
AAP : journée de
présentation du 15 décembre
2014
Techniques analytiques innovantes
14 DMR/SQC/14-0327 AAP : journée de présentation
du 15 décembre 2014
Sous-Thématique
«Techniques analytiques innovantes »
15
Objectifs et périmètre
Développer et améliorer la mise en œuvre des outils analytiques en
termes de :
Coûts
Durée
Simplicité d’utilisation : automatisation, intégration sur plateforme,
miniaturisation
Nucléarisation, résistance à l’irradiation
Domaines d’analyses
Élémentaires, Moléculaires, Isotopiques, Propriétés physiques…
Solides, liquides, gaz, aérosols…
Besoins de R&D (non exhaustifs)
Développement de techniques d’analyses in situ
Développement de technologies de diagnostic rapide
Développement d’un Monitoring « temps réel »
Optimisation des méthodes d’analyses
DMR/SQC/14-0327
AAP : journée de
présentation du 15 décembre
2014
Sous-Thématique
«Techniques analytiques innovantes »
16
Quelques exemples (non exhaustifs)
Développement de méthode de suivi temps réel des RN gazeux
Développement de nouveaux détecteurs pour la détection des neutrons
en alternatives à l’3He
Optimisation des méthodes analytiques très bas-niveau (spectrométrie de
masse par accélérateur…)
Développements de µ-TAS (système d’analyse total)
Applications de la micro-fluidique pour les besoins du démantèlement
Développement d’algorithme de traitement pour des systèmes de
mesures in-situ
…
DMR/SQC/14-0327
AAP : journée de
présentation du 15 décembre
2014
Caractérisation des ouvrages, des équipements…
et de l’environnement
17 DMR/SQC/14-0327 AAP : journée de présentation
du 15 décembre 2014
Sous-Thématique
«Caractérisation des ouvrages, équipements et de
l’environnement»
Objectif et périmètre
Mettre en œuvre les techniques/méthodologies de caractérisation
à grande échelle/sur de gros volumes
Ouvrages & équipements (matériaux cimentaires et métalliques)
Environnement (sol, eau, air, en lien direct avec les opérations de
démantèlement)
sur le terrain, en temps « réel » (ou presque)
Laboratoire mobile
Instrumentation portable
Voire moyens aéroportés
Des besoins de caractérisation radiologique, chimique et physique
(mécanique)
Lien étroit avec les autres sous-thématiques
18 DMR/SQC/14-0327
AAP : journée de
présentation du 15 décembre
2014
Sous-Thématique
«Caractérisation des ouvrages, équipements et de
l’environnement»
19
Caractérisation de « l’état mécanique » des ouvrages
Questionnements
Les matériaux de structures ont-ils évolué sur un plan mécanique durant
la phase d’exploitation ? Les matériaux assurent-ils toujours leur rôle vis-
à-vis de la tenue mécanique de l’ouvrage ou du confinement des
radionucléides (cas de colis de déchets anciens par exemple) ?
Peut-on déconstruire sans risque ?
Besoins de caractérisation
Tous types d’informations permettant de s’assurer d’une absence de
dégradation des performances mécaniques des structures ou permettant
de les localiser et d’évaluer leur importance :
Déformations
Endommagement, fissuration
Corrosion des éléments métalliques
Principaux matériaux concernés
Bétons
Matériaux métalliques
DMR/SQC/14-0327
AAP : journée de
présentation du 15 décembre
2014
Sous-Thématique
«Caractérisation des ouvrages et équipements »
20
Caractérisation de « l’état mécanique » des ouvrages :
quelques exemples (non exhaustifs)
Observation de l’état de fissuration d’un élément de structure,
en conditions irradiantes
Développement de caméra haute-définition durcie
Caractérisation des fissures
Détermination d’ouvertures et de profondeurs de fissures par des
méthodes non destructives
Impact sur la tenue mécanique et le confinement d’un colis ou
d’un ouvrage
Corrosion des armatures dans les bétons
Détermination des cinétiques et des produits de corrosion et
caractérisation de l’endommagement des bétons associé
Détermination de la section des armatures, en lien avec l’évolution de la
capacité portante
Ouvrages : risque d’effondrement pendant la déconstruction
Colis : risque de rupture et de dispersion d’activité en
manutention
Corrosion interne
Evaluation de la corrosion interne par des méthodes non-destructives
(colis de déchets anciens, tubes…)
DMR/SQC/14-0327
AAP : journée de
présentation du 15 décembre
2014
@Andra
21
Caractérisation chimique et radiologique des ouvrages, des
équipements
La spéciation des radionucléides et des toxiques : détermine leur mobilité
Evaluation des rejets de site, adéquation caractérisation / spécification des
colis
Caractériser les contaminants radiologiques et chimiques
Formes chimiques : inorganiques, organiques, état redox
Localisation et comportement au sein des matériaux (dégazage, mobilité)
En vue de leur répartition par filière, et de l’évaluation de l’impact résiduel en
fin de démantèlement
Quelques exemples (non exhaustifs)
Cartographie qualitative et quantitative des contaminants
Caractérisation des formes solides
Implantation des polluants dans les matériaux (dépôts surfaciques,
incorporation… en fonction de l’état d’altération des matériaux)
Caractère mobilisable des contaminants sous air (e.g. 14
C), sous eau, vers la
définition des termes sources en cohérence avec le plan d’échantillonnage
Sous-Thématique
«Caractérisation des ouvrages, équipements et de
l’environnement»
DMR/SQC/14-0327
AAP : journée de
présentation du 15 décembre
2014
22
Objectifs et périmètre
Caractériser l’environnement du site
Avant le début des travaux de démantèlement
En cours de démantèlement
Concevoir ou améliorer des systèmes d’identification et de quantification
sur le terrain de contaminants radiologiques et chimiques dans
l’environnement proche
Besoins R&D
Des problématiques génériques, déjà abordées dans les autres sous-
thématiques : mesure des radionucléides a, b, spéciation …
Des besoins plus spécifiques : radio-isotopie du chlore, discrimination
des contaminations potentielles / background naturel (36
Cl, 129
I), matrices
complexes
Caractérisation radiologique et chimique de l’environnement
Sous-Thématique
«Caractérisation des ouvrages, équipements et de
l’environnement»
DMR/SQC/14-0327
AAP : journée de
présentation du 15 décembre
2014
23
Quelques exemples (non exhaustifs) :
méthode analytiques en développement pour les besoins de la
caractérisation de l’environnement
Spectroscopie de masse par ablation laser, par plasma à couplage
inductif et spectrométrie d'émission atomique par ablation laser, par
spectroscopie par claquage induit par laser
Système hélicoptère-drone pour localisation, mesure et cartographie
aérienne de la radioactivité (Virginia Tech (VT))
Mesures automatisées in-situ de concentration en Sr, Tc, I, U et
tritium dans les eaux (Pacific Northwest National Laboratory)
Système d’analyse in-situ de tritium dans les eaux en temps presque
réel (University of Georgia (UGA), Center for Applied Isotope Studies)
Sous-Thématique
«Caractérisation des ouvrages, équipements et de
l’environnement»
DMR/SQC/14-0327
AAP : journée de
présentation du 15 décembre
2014
Atelier Caractérisation
Questions/réponses
24 DMR/SQC/14-0327 AAP : journée de présentation
du 15 décembre 2014