Institute for Radiation Protection and Nuclear Safety (IRSN)
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Quantification and characterization of particles emitted by a blast of concrete
No full textInternational audienc
Estimation des effets de site particuliers à partir du bruit sismique ambiant mesuré sur un réseau dense de capteurs
No full textNumerous studies have demonstrated the impact of surface geological layers on ground motion during an earthquake. The modification of the incident wavefield by these layers is known as "site effects". Certain geological configurations are prone to significant site effects, which can lead to an increase in the amplitude of seismic movement at the surface and a lengthening of its duration. It is therefore important to take this phenomenon into account when assessing the seismic hazard, as stipulated in the Fundamental Safety Rule RFS 2001-01 for nuclear facilities.The IRSN is conducting studies to improve the estimation of site effects using empirical and numerical approaches. These approaches require a large number of earthquake recordings. In areas of low-to-moderate seismicity, as in mainland France, the return period of moderate to strong earthquakes is long, and therefore limiting. It is therefore of great interest to exploit the ambient noise. Ambient noise corresponds to weak vibrations of the Earth's surface. Generated by natural or anthropogenic activities, its characteristic feature is that it is permanent. This makes it a valuable source of data, even in areas of low seismicity.This thesis uses empirical approaches to study the potential of ambient noise for characterizing site effects. It makes use of ambient noise recorded on a 400 nodes array deployed in the Tricastin Valley (French Rhône Valley) as part of the DARE project (Dense ARray for seismic site effect Estimation, 2020-2023). This valley is prone to generate important and complex site effects. The objectives are to: - (1) study the potential of ambient noise and the contribution of a dense array of sensors in estimating site effects - (2) estimate the amplification associated with the Tricastin Valley in the event of an earthquake, based on ambient noise - (3) propose new methods for estimating amplification.The amplification associated with the valley was first estimated through SSRn and SSRh (hybrid method combining ambient noise and earthquake data, Perron et al. 2018). The results were compared with SSR measurements. At low frequency (f 1 Hz) is more critical due to the influence of local anthropogenic sources of ambient noise (heavily industrialized area). SSRh, which uses a reference sensor at the site, nevertheless provides an amplification factor comparable to SSR up to 4 Hz.To limit the influence of local sources, a clustering algorithm was used to select the least impacted data. Estimation at sensors impacted by transient sources was thus improved, but not in areas impacted by permanent sources. These results illustrate the difficulty of implementing a method based solely on ambient noise amplitude in highly industrialized areas. We therefore worked on estimating amplification from deconvolutions calculated between sensor pairs. The idea is that the phase information contained in the deconvolution can help filter the ambient noise wavefield and thus limit the impact of local sources, particularly permanent ones. Deconvolutions were calculated using 7 virtual sources distributed around the area. By processing monochromatic signals and selecting the part of the deconvolutions least affected (temporal selection), we show that it is possible to attenuate the impact of permanent sources up to a few Hertz. The results allow us to discuss the advantages and limitations of the different approaches, and open up prospects for future work to improve the study of site effects from ambient noise in industrialized areas.De nombreux travaux ont montré l’impact des couches géologiques superficielles sur le mouvement du sol lors d’un séisme. La modification du mouvement incident par ces couches est nommée « effet de site ». Certaines configurations géologiques sont propices à des effets de site significatifs pouvant mener à une augmentation de l’amplitude du mouvement sismique en surface et à l’allongement de sa durée. Il est donc important de prendre en compte ce phénomène dans l’évaluation de l’aléa sismique, comme le stipule la Règle Fondamentale de Sûreté RFS 2001-01 pour les installations nucléaires.L’IRSN mène des études pour améliorer l’estimation des effets de site via des approches empiriques et numériques. Ces approches nécessitent de nombreux enregistrements de séismes. En zone de sismicité faible à modérée, comme en France métropolitaine, le temps de retour des séismes modérés à forts est long, et donc limitant. Emerge alors l’intérêt du bruit sismique. Le bruit sismique correspond aux faibles vibrations de la surface de la Terre. Généré par des activités naturelles ou anthropiques, il a pour caractéristique d’être permanent. Ainsi, il constitue une source de données exploitable, même en région de faible sismicité.Cette thèse vise à étudier, par approches empiriques, le potentiel du bruit sismique dans la caractérisation des effets de site. Elle exploite le bruit sismique enregistré sur un réseau de 400 capteurs nodes déployé dans la vallée du Tricastin (paléovallée du Rhône) dans le cadre du projet DARE (Dense ARray for seismic site effect Estimation, 2020-2023). Cette vallée est propice à générer des effets de site importants et complexes. Les objectifs sont : - (1) d’étudier le potentiel du bruit sismique et l’apport d’un réseau dense de capteurs dans l’estimation des effets de site - (2) d’estimer l’amplification associée à la vallée du Tricastin en cas de séisme à partir du bruit sismique - (3) de proposer de nouvelles méthodes d’estimation de l’amplification.L’amplification associée à la vallée a d’abord été estimée à travers le SSRn et le SSRh (méthode hybride combinant données de bruit et de séismes, Perron et al. 2018). Les résultats ont été comparés à des mesures SSR. L'amplification estimée à basse fréquence (f 1 Hz) est plus critique en raison de l'influence des sources anthropiques locales de bruit sismique (zone fortement industrialisée). Le SSRh, qui utilise un capteur de référence au site, fournit tout de même un facteur d’amplification comparable au SSR jusqu’à 4 Hz.Pour limiter l'influence des sources locales, un algorithme de clustering a été utilisé afin de sélectionner les données les moins impactées. L'estimation aux capteurs impactés par des sources transitoires a ainsi été améliorée, mais pas dans les zones impactées par des sources permanentes. Ces résultats démontrent la difficulté d’implémenter une méthode se basant uniquement sur l’amplitude du bruit sismique en zone fortement industrialisée. Nous avons dès lors travaillé sur l’estimation de l’amplification à partir des déconvolutions calculées entre les paires de capteurs. L’idée est que l’information de phase que contient la déconvolution peut aider à filtrer le champ de bruit et ainsi limiter l’impact des sources locales, notamment des sources permanentes. Les déconvolutions ont été calculées en utilisant 7 sources virtuelles distribuées autour de la zone. En traitant les signaux monochromatiques et en sélectionnant la partie des déconvolutions la moins impactée (sélection temporelle), nous montrons qu’il est possible d’atténuer l’impact des sources permanentes jusqu’à quelques Hertz. Les résultats permettent de discuter les avantages et limitations des différentes approches et d’ouvrir des perspectives sur des travaux futurs pour améliorer l’étude des effets de site à partir du bruit sismique dans les zones industrialisées
Techniques de modélisation multi-échelle de l'interface acier-béton pour le calcul de structures en béton armé à grande échelle
No full textThe characterization of the mechanical behavior of reinforced concrete structures is a major challenge, especially when loads beyond the design level are considered. In this case, local information on the cracking behavior of concrete is crucial to evaluate structural performance. This is particularly important in the case of civil engineering structures, particularly those for industrial purposes, exhibiting waterproofing requirements. Considering the interaction between concrete and steel reinforcement in numerical simulations has an important impact on the realistic estimation of the cracking process. In addition, the energy dissipation within the steel-concrete interface is estimated up to 15-20% of the total material energy dissipation in reinforced concrete structures [Huguet Aguilera, 2016]. For the aforementioned reasons, numerical modeling of this interface is essential for the good realistic reproduction of the behavior of these structures. Existing steel-concrete interface modeling approaches remain unsatisfactory mainly because they require an excessive need for calculation resources. Considering the steel-concrete interface behavior at the scale of an industrial building with this type of approaches remains tedious [Phan et al., 2015] and even impossible. The aim of this thesis work is to propose representative modeling strategies for the steel-concrete interface with the lowest possible numerical cost. For this, a multi-scale approach is proposed. It consists of defining a macro-element capable of reproducing the behavior of the steel and the steel-concrete interface connected by means of a bond stresses density. The macro-element of [Sahyouni et al., 2022] initially developed to link a rigid inclusion to a surrounding soil domain is developed here and adapted to the steel-concrete interface problematic. This approach is implemented into two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) structural calculations. In parallel, a modeling methodology of the interface behavior in the framework of beam elements inspired by the works of [Yousefi et al., 2020] and [Abtahi and Li, 2023] is presented. Indeed, beam elements are well known for their advantage of providing accurate numerical results within a reasonable computation time. An enhancement is introduced to classical beam theories with the longitudinal steel displacement defined as an additional degree of freedom at the level of the beam nodes. An extension of this approach to plate elements is carried out. The various techniques proposed in this work to model the steel-concrete interface behavior are used to model several experimental tests that characterize the interface behavior. Structural examples of three-point and four-point flexural tests on reinforced concrete beams are also modeled. The presented applications demonstrate the robustness of the proposed approaches and their ability to reproduce the experimental behavior of reinforced concrete structural elements.La caractérisation du comportement mécanique des structures en béton armé est un défi majeur, en particulier lorsque des sollicitations au-delà du niveau de dimensionnement sont considérées. Dans ce cas, des informations locales sur la fissuration du béton sont nécessaires pour évaluer la performance structurale. Cela est particulièrement observé dans le cas où les ouvrages de génie civil présentent des exigences d’étanchéité. La prise en compte de l’interaction entre le béton et les armatures en acier dans les simulations numériques joue un rôle important dans l’estimation réaliste du phénomène de fissuration. De plus, la dissipation d’énergie au sein de l’interface acier-béton constitue environ 15-20% de la dissipation matérielle totale dans les structures en béton armé [Huguet Aguilera, 2016]. Pour toutes ces raisons, une modélisation de cette interface se montre indispensable pour une reproduction numérique réaliste du comportement de ces structures. Les approches existantes de modélisation de l’interface acier-béton restent peu satisfaisantes principalement car elles demandent des temps de calcul élevés. Leur application à l’échelle d’un bâtiment industriel reste toujours fastidieuse (Phan et al., 2015) voire impossible. Le but de ce travail de thèse est de proposer des stratégies de modélisation de l’interface acier-béton ayant le coût numérique le plus bas possible et étant applicables à l’échelle de l’ouvrage. Pour cela, une approche multi-échelle est proposée. Cette approche consiste à définir un macro-élément capable de reproduire le comportement de l’acier et de l’interface acier-béton reliés au moyen d’une densité d’efforts d’adhérence. Le macro-élément de [Sahyouni et al., 2022] initialement développé pour lier une inclusion rigide à un domaine de sol qui l’entoure est développé et adapté à la problématique de l’interface acier-béton. Cette approche est intégrée dans des calculs de structures bidimensionnels (2D) et tridimensionnels (3D). En parallèle, une méthode de modélisation de l’interface dans le cadre d’éléments poutres inspirée des travaux de [Yousefi et al., 2020] et de [Abtahi et Li, 2023] est présentée. En particulier, les éléments poutres sont bien connus pour leur avantage de fournir des résultats numériques précis avec des temps de calcul raisonnables. Un enrichissement est introduit par rapport à des théories de poutre classiques avec le déplacement de l’acier défini comme un degré de liberté supplémentaire au niveau des nœuds. Une extension de cette approche vers des éléments plaques est réalisée. Les différentes techniques proposées dans ce travail sont utilisées pour modéliser des tests expérimentaux de caractérisation du comportement de l’interface. Des exemples structuraux de poutres en flexion trois et quatre points sont également modélisés. Les applications présentées démontrent la robustesse des approches proposées et leur capacité à reproduire le comportement expérimental d’éléments structuraux en béton armé
Methodology for an experimental drift velocity determination using a μTPC. Example in a 700mbar 95% He + 5% CO2 mixture
No full textInternational audienceThe micro-irradiation, neutron metrology and dosimetry laboratory of the Institute for Radiological Protection and Nuclear Safety (IRSN) is a National Metrological Institute associated laboratory, is in charge of the neutron fluence distribution references and produces neutron reference fields. The laboratory is developing a primary neutron-detector based on the use of Time Projection Chamber technology. This detector, called µTPC, can use different types of gas over a range of precise pressures. The analysis of TPC data requires the determination of both the energy and the track direction of the recoil particles. The drift velocity in the gas is a key data point for analysis. Based on several experimental measurements performed using the µTPC with monoenergetic neutron fields, a direct methodology to determine the drift velocity can be proposed. These results are compared with those found using theoretical drift velocity from the Magboltz simulation
Quantification of 129 I in milk at low level for environmental monitoring
No full textInternational audienceIodine is an extremely volatile element which exist in the environment with different oxidation states: -1, 0, +1, +5 and +7 . These physico-chemical properties complicate its extraction and quantification. Among the 37 iodine isotopes, 127I is the only stable one and 129I is the radioisotope with the longest half-life (16.1 x 106 y) . 129I is chronically and regulatory released by fuel reprocessing plants e.g. La Hague (France) or in case of an accident. These releases can contaminate the French coastline and the adjacent agricultural land to these discharge zones could be enriched with iodine 129. This radionuclide will thus be present into the food chain and can be ingested by humans. A regular monitoring of 129I concentration in milk is therefore necessary to protect the population and estimate the ingestion dose.Currently, in our laboratory, the quantification of 129I in milk is carried out by gamma spectrometry 12 times a year. There is a chemical pre-treatment before the measurement, involving a purification on ionic resin and liquid-liquid extraction using 50 mL of liquid carbon tetrachloride (CCl4). This analysis has two major drawbacks. First, CCl4 is a carcinogenic, mutagenic and reprotoxic (CMR) solvent which is no longer marketed in France under the REACH regulation. On the other hand, because of the low efficiency of γ-spectroscopy for 129I determination, the detection limits with this technic are often higher than the environmental background. In this work, a safe and innovative method to quantify 129I in milk was developed. It is based on an extraction followed by a purification with two different specific resins. The chemical yield determination is based on stable iodine measurement by ICP-MS*. Moreover, the gamma geometry was optimized to improve the limit of detection. Indeed, the use of a well detector has improved detection efficiency and reduced the volume required, enabling a more concentrated sample measurement.This method has proven its effectiveness, offering a good chemical yield (> 80 %) while making chemical treatment safer and faster
Simulation d'un écoulement dispersé vapeur/gouttes dans un tube vertical, comparaison de différents modèles de transfert goutte/paroi
No full textNational audienceLors d’un accident hypothétique de perte de réfrigérant dans le circuit primaire d’un réacteur nucléaire REP (APRP), un écoulement vapeur avec gouttes dispersées est formé en aval du front de trempe, contribuant au refroidissement des assemblages. A des fins de validation de modèles, une boucle appelée COLIBRI a été développée, afin de mesurer le flux thermique extrait par un écoulement de vapeur et de gouttes typique d’un APRP dans un tube sous-canal représentatif. Également, le code mécaniste NECTAR a été crée afin de calculer le flux de chaleur extrait par l’écoulement vapeur/gouttes pour une configuration identique `a celle de COLIBRI. Cet article compare les résultats de NECTAR et de COLIBRI en faisant varier la corrélation utilisée pour l’estimation de l’énergie transférée par une goutte lors de son impac
Bayesian hierarchical models to account for complex measurement error when estimating a disease risk: Application to the French cohort of uranium miners
No full textInternational audienceLa cohorte française des mineurs d’uranium est une population de référencepour étudier les possibles effets sanitaires d’une exposition chronique au radon. Cependant,les expositions au radon de cette cohorte sont entachées d’erreurs de mesure. Ces erreurs sontde différents types selon la période calendaire et hétéroscédastiques. On s’intéresse dans cetravail `a l’impact de ce mélange d’erreurs de mesure sur l’estimation du risque de décès parcancer du poumon après une exposition chronique au radon. Plusieurs modèles hiérarchiquesbayésiens sont proposés combinant deux voire trois sous-modèles probabilistes conditionnellementindépendants : un sous-modèle de maladie de type modèle de survie avec covariablesdépendantes du temps, un sous-modèle d’erreurs de mesure et un sous-modèle d’exposition.Le premier permet de faire le lien entre l’exposition cumulée vraie (corrigée) au radon etl’excès de risque de décès par cancer du poumon. Le second permet de décrire le lien entrel’exposition vraie et l’exposition observée. Le troisième permet de décrire la loi des expositionsvraies en cas d’erreurs de nature classique. L’apprentissage statistique bayésien de cesmodèles de grande dimension repose sur un algorithme de Metropolis-Hasting within Gibbsavec mises à jour par blocs et implémenté en Python. Une étude par simulations a permisd’évaluer l’impact sur l’évaluation du risque d’une mauvaise spécification des différents sous-modèles. Les résultats montrent notamment que la non prise en compte des erreurs de mesured’expositions dans un modèle de survie avec covariables dépendantes du temps entraine unbiais sous-estimant le risque d’intérêt. La taille de ce biais dépend de la variance de l’erreurde mesure. Plus l’amplitude de l’erreur est ´élevée, plus grand est le biais. Cependant, letaux de couverture `a 95% du risque reste correct dans la plupart des scénarios de simulation.Les résultats de simulations obtenus indiquent ´également qu’une mauvaise spécification de laforme du ratio de risques instantanés a un impact important sur l’estimation du risque toutcomme une surestimation du niveau de corrélation entre les erreurs de mesure d’expositiond’un même individu. Les différents modèles proposés ont été ajustés et comparés `a l’aide ducritère WAIC sur les données de la cohorte française des mineurs d’uranium
Burning rate of elevated pool fire in a well-ventilated compartment: Effects of radiative heat fluxes
No full textInternational audienceElevated pool fires are potentially exposed to the feedback of radiative heat fluxes from the ceiling that can modify the mass loss rate. In this regard, an experimental study was carried-out in a reduced-scale enclosure with a pool fire brought increasingly closer to the ceiling of the compartment. The objective is to study the effect on the mass loss rate of the increase in radiative heat fluxes without any air vitiation effect. The device is equipped with a mechanical ventilation system to allow the flame to develop in a well-oxygenated environment. The fire sources used are circular pans with diameters between 0.09 and 0.175 m, filled with dodecane. Results show that, as long as the flame does not impinge on the ceiling, the mass loss rate remains quasi-constant. On the other hand, when the flame impinges on the ceiling, the mass loss rate increases drastically and can be multiplied by a factor 2–3 compared to the reference value when the pool fire is located on the ground. Scaling parameters, showing the generic aspect of the results, are finally proposed considering a dimensionless elevation h*. It allows to gather all experimental data on the same curve for all the fire sources tested
Common OECD/NEA FIRE and PRISME Cable Benchmark Exercise
No full textInternational audienceThis paper deals with the common OECD/NEA FIRE and PRISME Cable Benchmark Exercise conducted for a realistic cable fire scenario in an electrical system of a nuclear power plant. The major goal was to simulate a real cable fire event in order to assess the behaviour of fire models for a complex and real fire scenario with the current state of knowledge. Since a numerical Benchmark Exercise on a real fire event is quite challenging, a three-step methodology was adopted: (1) a calibration phase of the cable fire models, (2) a blind simulation of a cable fire test, and (3) the real cable fire event simulation. The selected fire event from the FIRE Database occurred in 2014 in a heater bay of a nuclear power plant. Thirteen institutions from nine NEA member countries participated in this Benchmark Exercise. Simulations were performed using computational fluid dynamics codes, a lumped parameter code, and zone codes. The simulations have provided a wide range of results which reflect the difficulty for fire simulation codes to correctly predict the development of the fire heat release rate over time of a cable tray fire, even under simple, open atmosphere conditions
Aperçu des principaux phénomènes thermo-hydrauliques dans le déroulement des accidents graves : Connaissances actuelles et besoins futurs
No full textInternational audienceSevere Accidents (SA) developments are closely and deeply linked with thermal-hydraulics, that is, fluid flow combined with heat and mass transfer. The present paper synthesizes this relation during an accident unfolding and provides an overview of the remaining gaps associated to thermal-hydraulics that need to be addressed to reduce the uncertainties associated to SA and to optimize their management. Some of those thermal–hydraulic phenomena are common to other areas, but most of them are genuine to the SA domain. In addition to thermal–hydraulic phenomena affecting SA development, there are others major SA consequences, like fission product transport and eventual release to the environment, that are heavily affected by thermal–hydraulic boundary conditions and need to be investigated under the anticipated accident conditions. There is a consensus that any investigation to be launched in the coming years should have a direct impact on either reducing the uncertainties associated to their modelling or on optimizing their management, or on both; such consensus was soundly built in the EC EURSAFE project and has been renewed under the frame of the SARNET projects and the SNETP/NUGENIA/TA2 activities