CHAPITRE III : CARACTÉRISATION DU COMPORTEMENT DU CAM EN
III.2 Résultats expérimentaux
III.2.2. a Structure du dépôt
Épaisseur moyenne équivalente
Le calcul de la distribution de l’épaisseur de structure en fonction de la masse et pour les quatre granulométries d’aérosol (A, B, C et D) est effectué en utilisant la relation 56. L’évolution de l’épaisseur moyenne équivalente (Emoy) est ensuite déterminée à partir des distributions calculées.
À la figure 67, sont présentés les résultats pour les quatre granulométries d’aérosols non-radioactifs et pour l’ensemble des masses accumulées, soient en carrés noirs (A), losanges verts (B), triangles rouges (C) et cercles violet (D). Plus les particules sont petites et plus elles peuvent former une structure épaisse pour une masse de particules prélevée donnée. L’épaisseur moyenne équivalente représente en fait une épaisseur de matière qu’on suppose homogène. Ainsi, à partir de ces épaisseurs et de la surface effective de prélèvement du filtre (Seff = 4,91 cm²), on a calculé pour chaque granulométrie la masse volumique apparente (ρapp) de l’épaisseur de matière. Ces masses volumiques apparentes calculées sont reportées à la même figure 67. Elles prennent en considération la porosité de l’épaisseur de matière, qui est plus grande pour les petits aérosols, d’où des masses volumiques apparentes plus faibles. Soient 1,42 g.cm-3, 1,61 g.cm-3, 1,85 g.cm-3 et 2,14 g.cm-3 respectivement pour les structures formées de particules dénommées A, B, C et D.
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Figure 67 : Évolution de l’épaisseur moyenne équivalente de la structure formée au-dessus du filtre en fonction de la masse de particules prélevées au cours de nos essais et pour les quatre granulométries d’aérosol, soient A en carrés noirs, B en losange verts, C en triangle rouges et D en cercles violets. Les masses volumiques apparentes (ρapp) calculées des épaisseurs de matières formées au-dessus du filtre de surface effective (Seff) égale à 4,91 cm2 sont également reportées
Dans le tableau 17, on compare l’épaisseur formée par l’accumulation de masse d’aérosol non-radioactif sur le filtre du CAM à la granulométrie de l’aérosol. Trois cas, sont identifiées en fonction de la masse prélevée et de la granulométrie d’aérosol, soit Emoy < DEVMM, Emoy ≈ DEVMM et Emoy > DEVMM. Ainsi, au vu des valeurs, l’idée d’un dépôt homogène, qui présente une masse volumique apparente donnée, est quelque peu limité notamment pour les aérosols C et D. Effectivement, les masses accumulées dans l’étude ne sont a priori pas suffisantes pour former une couche pleine en supposant le dépôt homogène.
Tableau 17 : Comparaison entre l’épaisseur moyenne équivalente calculée du dépôt (Emoy), pour les différentes masses d’aérosols accumulées sur le filtre, et la granulométrie de ces aérosols
non-radioactifs (DEVMM) Comparaison entre Emoy et DEVMM Masse aérosol (mg) A B C D Emoy < DEVMM 0 à 4 0 à 6 0 à 10 Pour l’ensemble des masses accumulées dans l’étude Emoy ≈ DEVMM 4 à 5 6 à 7 10 à 12
Non atteint dans l’étude Emoy > DEVMM > 5 > 7 > 12
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Nombre moyen de couches équivalentes
L’évolution du nombre moyen de couches équivalentes (Nmoy) est déterminée pour les quatre granulométries d’aérosol et pour l’ensemble des masses accumulées à partir des distributions calculées à l’aide de la relation 30 du chapitre II. Les évolutions de ce Nmoy en fonction de la masse de particules prélevée sont reportées à la figure 68. Pour une masse donnée, le nombre de couches équivalentes est d’autant plus grand que la granulométrie de l’aérosol est petite.
Figure 68 : Évolution du nombre moyen de couches équivalentes (Nmoy) fonction de la masse de particules accumulées sur le filtre du CAM pour les quatre granulométries d’aérosol. La légende
est la même que celle indiquée à la figure 67(
Trois cas sont identifiés et reportés dans le tableau 18 en fonction de la masse prélevée et de la granulométrie d’aérosol, soit lorsque Nmoy est inférieur ou égal à un, Nmoy est supérieur à un mais inférieur ou égale à deux (zone de transition) et enfin Nmoy est supérieur à deux. Au vu de ces résultats, un dépôt homogène et multicouches est formé pour des masses accumulées supérieures à 4 mg et 7 mg respectivement pour les aérosols non-radioactifs A et B. Ainsi, on considère une structure granulaire au-dessus du filtre du CAM. Pour les aérosols C et D dont le DEVMM est supérieur à 10 µm, les dépôts pour les masses accumulées dans l’étude ne présentent pas un nombre de couches supérieur à 2. La structure granulaire, n’est pas réellement envisagée mais on considère toute de même le cas de la zone de transition qui tend vers la formation d’un dépôt multicouches et donc homogène.
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Tableau 18 : Nombre moyen de couches équivalentes en fonction de la masse d’aérosol non-radioactifs accumulée et pour les quatre granulométries utilisées. Mise en avant de trois configurations, à savoir Nmoy inférieur ou égal à un, supérieur à un mais inférieur ou égal à deux
(zone de transition) et enfin supérieur à deux.
Nombre moyen de couches équivalentes (Nmoy) Masse aérosol (mg) A B C D ≤ 1 0 à 2 0 à 3 0 à 9 Pour l’ensemble des masses accumulées dans l’étude 1 < Nmoy ≤ 2 2 à 4 3 à 7 9 à 18
Non atteint dans l’étude
> 2 > 4 > 7 > 18
Finalement, dans un dépôt multicouches formé par les aérosols non-radioactifs, les aérosols radioactifs naturels sont filtrés et collectés selon un profil de pénétration exponentielle.
Profil de pénétration des aérosols radioactifs naturels dans la structure granulaire
Les différents profils de pénétration des aérosols radioactifs naturels dans les structures granulaires formées de particules A, B, C et D sont calculés. Ces profils de pénétration sont reportés à la figure 69. Le graphique de gauche représente le profil de pénétration en fonction de Emoy et celui de droite en fonction de Nmoy de la structure formée en surface du filtre.
Remarque : De manière à mieux appréhender l’évolution du profil de pénétration, nous les avons volontairement tracés en considérant une structure à plusieurs couches, bien que ça ne soit a priori pas forcément le cas, notamment pour les aérosols C et D.
Plus la granulométrie des aérosols constituants la structure granulaire est importante (D > C > B > A) moins l’efficacité de collecte, vis-à-vis des aérosols radioactifs naturels (DAMA = 0,2 µm) est grande. Ceci, conduit alors à collecter les aérosols radioactifs naturels essentiellement en profondeur. Par contre, pour les structures constituées d’aérosol A ou B, les aérosols radioactifs naturels sont essentiellement collectés en surface.
La fraction libre des aérosols radioactifs naturels qui représente environ 40 % de l’activité naturelle est supposée être collectée principalement en surface du dépôt et ce que ce soit pour un dépôt d’aérosol A, B, C ou D (voir remarque détaillée à la section II.1.2 du chapitre II).
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Figure 69 : Profils de pénétration des aérosols radioactifs naturels (DAMA = 0,2 µm) en fonction de l’épaisseur moyenne de couche équivalente (à gauche) et du nombre moyen de couche
équivalente (à droite) d’une structure granulaire formée par les aérosols A, B, C et D respectivement représentés par les carrés noirs, losanges verts, triangles rouges et cercles violets
Finalement de ces résultats deux informations ressortent :
- Une structure multicouche se forme avec l’accumulation des aérosols non-radioactifs A et B à partir d’une masse d’environ 4 mg et 7 mg respectivement. Avec les aérosols C et D, le dépôt n’est pas considéré comme une structure granulaire, au vu des faibles masses accumulées.
- Les aérosols radioactifs naturels (fraction attachée) sont essentiellement collectés en surface de la structure granulaire formée par les aérosols A et B. En revanche, dans le cas des aérosols C et D, bien que la structure granulaire ne soit pas envisagée dans notre cas au vu des faibles masses accumulées, on peut d’ores et déjà dire, au vu des profils de pénétration, que les aérosols radioactifs naturels seraient essentiellement collectés en profondeur, soit en surface du filtre du CAM. En ce qui concerne la fraction libre de l’activité naturelle, on suppose qu’elle est en continu collectée en surface et ce quel que soit le type de dépôt.