Brevet FR3018918A1 — publié le 20150925

DOMAINE DE L'INVENTION Le domaine de l'invention est celui du prélèvement d'aérosols et d'iode gazeux dans l'air, afin notamment de surveiller les niveaux de concentration et l'évolution de leurs quantités respectives. ETAT DE LA TECHNIQUE Les systèmes de prélèvement d'aérosols et d'iode contenus dans l'air sont utilisés notamment pour surveiller le bon fonctionnement d'installations, comme des centrales nucléaires. En effet, parmi les aérosols contenus dans l'air certains sont marqués par des radionucléides d'origine naturelle ou artificielle. Le prélèvement des aérosols permet d'évaluer les niveaux de concentrations des différents radionucléides et détecter une éventuelle anomalie. Certains radionucléides sont également susceptibles d'être rejetés sous forme de gaz. C'est le cas de l'iode 131, qui est l'un des premiers éléments radioactifs susceptible d'être rejeté dans l'atmosphère en cas d'accident nucléaire, compte tenu de sa volatilité. De plus, sa demi-vie de 8 jours est suffisamment courte pour indiquer, en cas de détection de ce radionucléide, qu'un rejet relativement récent a eu lieu. Des systèmes connus permettent de prélever à la fois des aérosols et de l'iode gazeux pour surveiller la radioactivité ambiante de l'air. De tels systèmes comprennent une pompe à débit contrôlé, un filtre à particules ainsi qu'une cartouche remplie d'un matériau adsorbant adapté pour piéger l'iode présent dans l'air. Les prélèvements sont réalisés pendant une période de temps donnée, puis le filtre à particules d'une part et la cartouche de piégeage de l'iode d'autre part, sont analysés pour déterminer les niveaux de concentration moyens, pendant la durée du prélèvement. Les développements en matière de sûreté nucléaire dans les installations nucléaires tendent à réduire les rejets dans l'atmosphère d'éléments radioactifs. En conséquence, il importe de pouvoir diminuer les limites de détection de façon 1) à mettre en évidence le cas échéant une diminution des niveaux ambiants qui en résulterait et 2) de préciser les valeurs obtenues de manière significative même pour des valeurs de concentration très basses. Toutefois lorsque l'humidité de l'air ambiant est élevée, l'efficacité de la cartouche de piégeage de l'iode diminue. En effet, une cartouche de matériau adsorbant pour le piégeage de l'iode peut se charger en eau au détriment de sa capacité de piégeage en iode. Ceci dégrade la limite de détection d'iode puisqu'il n'est alors plus possible de collecter efficacement l'iode contenu dans l'air au cours de la période de prélèvement. On peut par ailleurs noter à titre annexe que l'humidité de l'air est également susceptible de dégrader la collecte des aérosols, car il est possible qu'une pellicule d'eau se forme sur le filtre à particules ou sur les particules déjà accumulées à sa surface, et provoque le colmatage prématuré de ce filtre. Pour résoudre cette problématique, il a été proposé de chauffer le filtre à particules par rayonnement pour l'assécher par exemple au moyen de tubes halogènes ou de résistances infrarouges, mais le chauffage qui en résulte est hétérogène et peut provoquer des brûlures localisées du filtre. Les solutions proposées jusqu'à présent pour améliorer l'efficacité de prélèvement de tels systèmes se sont donc révélées dans l'ensemble insuffisantes. PRESENTATION DE L'INVENTION Le but de l'invention est de proposer un système de prélèvement d'aérosols et d'iode gazeux dont l'efficacité de collecte de l'iode ne soit pas diminuée du fait de l'humidité de l'air traité. A cet égard, l'invention a pour objet un système de prélèvement d'aérosols et d'iode gazeux contenus dans une atmosphère comprenant : - un dispositif de prélèvement d'aérosols comprenant : o un conduit d'alimentation en air, en communication de fluide avec l'atmosphère, o une pompe adaptée pour prélever et faire circuler un débit d'air dans ledit conduit, o un filtre disposé dans ledit conduit et adapté pour retenir des aérosols contenus dans l'air traversant ledit filtre, et - un module de prélèvement d'iode gazeux, comprenant : o une cartouche de piégeage d'iode contenant une quantité de matériau adsorbant, o un conduit de circulation d'air, raccordé au conduit d'alimentation en air en aval du filtre par rapport au flux d'air, et s'étendant entre ledit conduit et la cartouche, et o une pompe adaptée pour prélever un débit d'air du conduit d'alimentation en air et faire circuler ledit débit dans le conduit de circulation et la cartouche, le système de prélèvement étant caractérisé en ce que le module de prélèvement d'iode comprend en outre un dispositif de chauffage de l'air s'écoulant dans le conduit de circulation d'air, et un système de régulation du taux d'humidité de l'air circulant dans le conduit de circulation d'air, ledit système étant adapté pour commander le dispositif de chauffage de l'air (240) s'écoulant dans ledit conduit en fonction du taux d'humidité de l'air. Avantageusement, mais facultativement, le système selon l'invention comprend en outre au moins l'une des caractéristiques suivantes : - le système de régulation est adapté pour commander le dispositif de chauffage de l'air pour maintenir le taux d'humidité de l'air s'écoulant dans le conduit de circulation de l'air inférieur à un niveau déterminé. - le niveau du taux d'humidité fixé par le système de régulation est compris entre 10 et 40 %, et de préférence inférieur ou égal à 30 %. - le dispositif de chauffage de l'air s'écoulant dans le conduit de circulation comprend un tube s'étendant le long d'une portion dudit conduit, et un manchon chauffant entourant ledit tube sur une portion de celui-ci. - le manchon chauffant comprend une résistance chauffante ou est chauffé par induction. - le tube du dispositif de chauffage de l'air comprend une pluralité de veines d'écoulement d'air de section identique et réparties de manière homogène sur la section du tube. - les veines d'écoulement d'air du tube du dispositif de chauffage de l'air présentent une configuration en nid d'abeille. - le module de prélèvement d'iode comprend en outre deux vannes, positionnées respectivement en entrée et en sortie de la cartouche de prélèvement de l'iode, lesdites vannes étant contrôlées par une unité de commande pour sélectivement isoler la cartouche d'adsorbant. - le conduit de circulation d'air comprend une paroi interne revêtue d'une couche de matériau anti-adhérent. - le dispositif de prélèvement d'aérosols comprend en outre un dispositif de chauffage de l'air traversant le filtre. La présence d'un dispositif de chauffage dans la voie de prélèvement d'iode permet de diminuer l'humidité relative et la condensation de vapeur d'eau à l'intérieur du piège et donc au niveau de la cartouche d'adsorbant utilisée pour piéger le gaz. Cette diminution de l'humidité relative se fait selon une régulation et permet ainsi de maitriser les conditions de piégeage de l'iode gazeux et offre la garantie d'une mesure représentative de la teneur en iode dans l'air ambiant et quel que soit le degré d'humidité. DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, au regard des figures annexées, données à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquelles : - La figure 1 représente un système de prélèvement d'aérosols et d'iode contenus dans l'air, - La figure 2 représente un dispositif de prélèvement d'aérosols faisant partie du système de la figure 1, - La figure 3a représente la boucle de prélèvement d'iode du système de la figure 1, - La figure 3b représente le détail du dispositif de chauffage de l'air s'écoulant dans la boucle de prélèvement d'iode. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION On a représenté en référence à la figure 1 un système 1 de prélèvement d'aérosols et d'iode contenus dans une atmosphère dans lequel le système est plongé. Une utilisation classique de ce système est l'étude des concentrations des composés sous forme particulaire et de l'iode gazeux contenus dans l'air ambiant, dans lequel le système est alors placé. Ce système comporte deux parties principales reliées entre elles, les deux parties étant un dispositif de prélèvement d'aérosols dans l'air 100, et un module de prélèvement d'iode gazeux 200. On va maintenant décrire plus en détails le dispositif de prélèvement d'aérosols 100. Ce dispositif peut, comme indiqué, faire partie du système 1, mais peut également être un dispositif indépendant, c'est-à-dire qui n'est pas raccordé à un module de prélèvement d'iode. En référence à la figure 2, le dispositif de prélèvement d'aérosols dans l'air 100 comporte un conduit 110 d'alimentation en air du système, en communication de fluide avec l'atmosphère dans laquelle baigne le système, formant l'arrivée d'air du dispositif 110 et le cas échéant du système 1. Le conduit 110 d'alimentation s'étend avantageusement verticalement quand le dispositif est disposé sur le sol, et le dispositif 100 comprend avantageusement une protection 102 de l'embouchure du conduit, comprenant une pluralité d'orifices assurant la communication de fluide entre le conduit et l'atmosphère, mais évitant l'aspiration de macro débris, d'insectes ou de liquides, typiquement de pluie, à l'intérieur du conduit. Le dispositif de prélèvement des aérosols comprend également une pompe 140 adaptée pour prélever de l'air à un débit d'air déterminé et faire circuler ledit débit d'air dans le conduit 110 d'alimentation. Avantageusement, mais facultativement, le pompage d'air via la pompe140 est à débit variable, entre 50 et 100 m3.11-1 Un débitmètre 120, de préférence massique, effectue la mesure du débit dans une dérivation du conduit 110, en amont de la pompe 140. Le fonctionnement de la pompe (son débit) est asservi à la mesure du débitmètre 120. Dans une section du conduit 110 est disposé un filtre 130, adapté pour retenir les aérosols contenus dans l'air parcourant le conduit et traversant le filtre. Avantageusement, comme représenté sur la figure 2, le filtre 130 (typiquement circulaire) s'étend le long d'une surface transversale du conduit et est avantageusement d'un diamètre correspondant au diamètre intérieur du conduit 110 afin d'occuper toute une section du conduit. Par exemple, le filtre 130 peut présenter un diamètre compris entre 100 et 150 mm, et de préférence compris entre 120 et 130 mm. En amont du filtre, un divergent 111 permet d'augmenter localement la section du conduit de 50 à 130 mm (pour un filtre de 130 mm de diamètre). Le diamètre du filtre - et donc le diamètre intérieur du conduit - est avantageusement adapté au débit de la pompe pour traiter un débit d'air le plus élevé possible, sans toutefois excéder une valeur limite correspondant typiquement à une vitesse au niveau du filtre de 2 m/s. Le filtre 130 se présente comme cela est connu sous la forme d'un média fibreux permettant le passage de l'air tout en retenant les aérosols. Il peut être constitué par exemple de fibres de verre, par exemple de type mat (non tissé), ou de fibres d'un type différent (quartz, polypropylène, etc.). Selon un aspect avantageux mais facultatif de l'invention, qui peut être mis en oeuvre indépendamment des moyens particuliers de mesure d'iode gazeux qui vont être décrits plus bas dans ce texte, le dispositif de prélèvement des aérosols 100 comprend un dispositif 150 de chauffage de l'air arrivant sur le filtre 130, permettant de réduire l'humidité relative de l'air et de limiter le colmatage du filtre consécutif à la formation d'une pellicule d'eau quand l'air ambiant présente un taux d'humidité élevé. Ce dispositif comporte un collier chauffant 150 placé à l'amont du filtre pour amener la température de l'air au-dessus du point de rosée. L'action de chauffage est asservie à une mesure de l'humidité de l'air dans le conduit 110 en amont du filtre 130. A cet effet, le dispositif comprend un capteur d'humidité placé dans la patrie du conduit 110 qui est en amont du filtre 130. Ce capteur d'humidité (non représenté sur les figures) est relié à une unité de contrôle 160. Lorsque l'humidité mesurée de l'air atteint ou excède une valeur limite supérieure, le collier chauffant, également relié à l'unité de commande 160 qui le contrôle, est activé par cette unité de contrôle pour augmenter le chauffage de l'air dans le conduit 110. Le dispositif de chauffage est configuré pour chauffer à la fois l'intérieur du conduit et les éléments métalliques situés autour ou à proximité du filtre 130 (divergent, porte filtre). Une partie du chauffage va donc réchauffer par conduction le porte-filtre, réalisé dans un matériau conducteur de chaleur. Aucun chauffage n'est appliqué directement au filtre (celui-ci n'est pas mis en contact directement avec des éléments de la source de chaleur). Grâce à ce chauffage régulé, le risque de colmatage du filtre est limité. D'autre part le fait que le chauffage soit appliqué au porte-filtre, et non directement au filtre, permet d'éviter d'endommager le filtre par le chauffage ce qui permet donc de traiter un débit d'air important. Dans le cas où le dispositif de prélèvement d'aérosols fait partie d'un système 1 de prélèvement d'iode et d'aérosols, l'unité de contrôle 160 contrôle l'ensemble du système, à savoir le dispositif de prélèvement d'aérosols dans l'air 100, et un module de prélèvement d'iode gazeux 200. En aval du filtre par rapport au flux d'air s'écoulant dans le conduit 110, représenté sur la figure 2 par les flèches F, l'air est donc dépourvu d'aérosols. Le débit d'air circulant dans le conduit 110 étant contrôlé par la pompe 140, on peut, en récupérant les aérosols retenus par le filtre à l'issue d'une période d'utilisation donnée du système, déterminer la concentration en aérosols et en composés sous forme particulaire de l'air ambiant. De retour à la figure 1, le module de prélèvement d'iode gazeux 200 du système 1 est raccordé par une conduite 220 au conduit 110 d'alimentation en air, en aval du filtre 130 par rapport au flux d'air, et en amont de la pompe 140. En référence à la figure 3a, ce module 200 est ainsi organisé autour d'une boucle ou conduit 220 de circulation de l'air prélevé sur le conduit 110 après la traversée du filtre 130. La boucle 220 est associée à une pompe 230 qui lui est dédiée, pour forcer la circulation de l'air dans le sens voulu (sens des aiguilles d'une montre dans le cas de la figure 3a). La boucle 220 comporte un piège 210 dans lequel est insérée une cartouche d'adsorbant pour le piégeage de l'iode gazeux contenu dans l'air s'écoulant au travers de ladite cartouche. A cet égard, la cartouche comporte une quantité de matériau adsorbant tel que par exemple du charbon actif. Ce piège 210 est relié au conduit d'alimentation en air 110 du système par le conduit de circulation 220. Avantageusement, mais facultativement, le piège pourra accueillir deux cartouches montées en série, ou sera dédoublé de façon à pouvoir disposer deux cartouches en série, dans le but de déterminer le rendement de piégeage de l'ensemble et de vérifier si la première cartouche a été saturée ou non. Le module 200 comprend également une pompe 230 adaptée pour prélever une fraction de l'air filtré depuis le conduit d'admission d'air, en aval du filtre 130, avec un débit d'air déterminé, et pour faire circuler ledit débit d'air dans le conduit 220 puis dans la cartouche 210. La pompe 230 est avantageusement à débit d'air variable et régulé, de préférence entre 2 et 6 m3.11-1. Une partie de l'air ayant traversé le filtre 130 circule dans la boucle 220 et donc dans la cartouche pour que l'iode qu'il contient soit piégé. Le débit d'air circulant dans le conduit 220 étant contrôlé par la pompe 230, il est possible, en mesurant la quantité d'iode piégée dans la cartouche à l'issue d'une période de temps donnée, d'en déduire la concentration en iode gazeux de l'air ambiant. A cet égard, le conduit de circulation 220 reliant le conduit d'alimentation en air 210 à la cartouche de piégeage de l'iode 210 est avantageusement composé ou constitué ou recouvert sur sa paroi interne d'un matériau anti-adhérent tel que du Teflon®, pour éviter que de l'iode se dépose sur les parois du conduit 220, et qu'il ne soit pas piégé par la cartouche et donc pris en compte pour la mesure. Le module de prélèvement d'iode 200 comprend en outre en amont de la cartouche 210 un dispositif de chauffage 240 de l'air s'écoulant dans le conduit de circulation 220, et ce afin de diminuer l'humidité relative de l'air, pour éviter une compétition entre le piégeage de l'iode et celui de vapeur d'eau au niveau du matériau adsorbant contenu dans la cartouche 210. Comme représenté plus en détails en figure 3b, le dispositif 240 de chauffage de l'air comprend un tube 241 s'étendant sur une portion du conduit de circulation 220. Le tube 241 est alvéolé ou en nid d'abeille, c'est-à-dire qu'il comporte une pluralité de veines 242 parallèles d'écoulement d'air et de section, par exemple polygonales, de préférence hexagonales, pour favoriser l'échange de chaleur entre le dispositif et l'air et l'obtention d'une température d'air homogène sur toute la section du tube 241. Ces veines 242 sont avantageusement de sections identiques et distribuées de façon homogène dans la section du tube 241 pour améliorer encore l'homogénéité de la température de l'air. En outre, le dispositif 240 de chauffage de l'air comprend un manchon 243 chauffant, entourant le tube sur une section de celui-ci. Le manchon 243 chauffe avantageusement le tube 241 par conduction thermique. Par conséquent, il est avantageux que le manchon et le tube soient réalisés en des matériaux thermiquement conducteurs. Ainsi, le tube est chauffé de façon homogène dans toutes les alvéoles pour permettre que l'air s'écoulant dans chaque veine 242 soit porté à la même température. Le manchon 243 peut, pour chauffer, comprendre une résistance électrique ou être chauffé par induction électromagnétique. En outre, le module 200 de prélèvement d'iode gazeux comprend un capteur d'humidité 252 de l'air dans le conduit 220, au niveau du piège 210 dans lequel est insérée la cartouche (et immédiatement en amont de celle-ci). Le module 200 comprend également un système de régulation 250 de l'humidité relié au dispositif de chauffage 240, et apte à le contrôler, en fonction de la valeur de l'humidité mesurée pour l'air au niveau de la cartouche. Ici encore, plus l'air est humide plus le chauffage sera important. Cette régulation permet de ramener le taux d'humidité relative de l'air traversant la cartouche à un niveau seuil, afin de garantir ainsi l'efficacité maximale de l'adsorbant. Avantageusement, le taux d'humidité seuil est de préférence compris entre 10 et 40%, plus préférablement inférieur ou égal à 30 %. Un taux d'humidité inférieur à 30 % évite le piégeage de vapeur d'eau dans le matériau adsorbant contenu dans la cartouche 210 et la condensation de vapeur d'eau sur les parois internes du piège contenant la cartouche 210 sans nécessiter une consommation d'énergie élevée pour chauffer le manchon. En outre, le système de régulation 250 comprend une unité de traitement 260 configurée pour moduler la température du manchon 243 en fonction du taux d'humidité de l'air dans le piège, pour maintenir ce taux d'humidité en deçà d'un seuil déterminé. Ainsi par exemple, si le taux d'humidité de l'air est trop élevé, l'unité de traitement 260 augmente la température du manchon. Ce système comporte également un capteur de température 251 de l'air circulant au niveau du piège à iode 210, juste en amont de la cartouche, avantageusement mais facultativement jumelé au capteur d'humidité 252. Ces deux capteurs sont reliés à l'unité 260. Associée à cette mesure de température, une sécurité thermique est placée sur le tube afin de se prémunir de tout emballement (c'est-à-dire que le dispositif de chauffage 240 est temporairement désamorcé tant que la température mesurée par le capteur 251 mesure une température excédant un seuil donné). De retour à la figure 1, dans un système de prélèvement d'iode et d'aérosols, l'unité de traitement 260 est avantageusement confondue avec l'unité de contrôle 160 du système. Lorsque la voie 220 de prélèvement d'iode 200 est fermée (indépendamment de la voie aérosol) avant un prélèvement ou lors de la conservation de l'échantillon de la cartouche 210 après un prélèvement, et afin de protéger la cartouche 210 contenant le matériau adsorbant lorsque le taux d'humidité de l'air dans le conduit 220 est supérieur au seuil prédéterminé (par exemple lorsque le chauffage vient d'être enclenché), des vannes, de préférence électriques, 211 et 212 sont disposées dans le conduit, respectivement en amont et en aval de la cartouche, dans le sens du flux d'air. Lorsque le prélèvement est désiré, les électrovannes 211 et 212 s'ouvrent et la pompe 230 est mise en fonctionnement. L'ouverture, la fermeture et la mise en fonctionnement sont pilotées par l'unité de traitement 260. Enfin, en sortie de la cartouche 210, le module de prélèvement d'iode comprend une portion 270 d'évacuation de l'air traité dans laquelle est intégré avantageusement un débitmètre 232 de préférence massique, placé entre la cartouche d'adsorbant et le raccordement aval du conduit 220 de circulation au conduit d'alimentation 110 et en amont de la pompe 140. Le module de prélèvement d'iode proposé permet donc de réguler le taux d'humidité de l'air parvenant sur la cartouche d'adsorbant, tout en maîtrisant la quantité d'énergie consommée, pour garantir les mesures de concentration d'iode les plus représentatives possibles des concentrations ambiantes.30 REVENDICATIONS1. Système (1) de prélèvement d'aérosols et d'iode gazeux contenus dans une atmosphère comprenant : - un dispositif (100) de prélèvement d'aérosols comprenant : o un conduit (110) d'alimentation en air, en communication de fluide avec l'atmosphère, o une pompe (140) adaptée pour prélever et faire circuler un débit d'air dans ledit conduit, o un filtre (130) disposé dans ledit conduit et adapté pour retenir des aérosols contenus dans l'air traversant ledit filtre, et - un module de prélèvement d'iode (200), comprenant : o une cartouche (210) de piégeage d'iode contenant une quantité de matériau adsorbant, o un conduit de circulation d'air (220), raccordé au conduit d'alimentation en air (110) en aval du filtre (130) par rapport au flux d'air, et s'étendant entre ledit conduit et la cartouche, et o une pompe (230) adaptée pour prélever un débit d'air du conduit d'alimentation en air (110) et faire circuler ledit débit dans le conduit de circulation (220) et la cartouche (210), le système de prélèvement (1) étant caractérisé en ce que le module de prélèvement d'iode (200) comprend en outre un dispositif de chauffage (240) de l'air s'écoulant dans le conduit de circulation d'air (220), et un système de régulation (250) du taux d'humidité de l'air circulant dans le conduit de circulation d'air (220), ledit système étant adapté pour commander le dispositif de chauffage de l'air (240) s'écoulant dans ledit conduit en fonction du taux d'humidité de l'air. 2. Système (1) de prélèvement selon la revendication 1, dans lequel le système de régulation (250) est adapté pour commander le dispositif de chauffage de l'air (240) pour maintenir le taux d'humidité de l'air s'écoulant dans le conduit de circulation (220) de l'air inférieur à un niveau déterminé. 3. Système (1) de prélèvement selon la revendication 3, dans lequel le niveau du taux d'humidité fixé par le système de régulation (250) est compris entre 10 et 40 %, et de préférence inférieur ou égal à 30 %. 4. Système (1) de prélèvement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de chauffage de l'air (240) s'écoulant dans le conduit de circulation (220) comprend un tube (241) s'étendant le long d'une portion dudit conduit, et un manchon chauffant (243) entourant ledit tube sur une portion de celui-ci. 5. Système (1) de prélèvement selon la revendication précédente, dans lequel le manchon chauffant (243) comprend une résistance chauffante ou est chauffé par induction. 6. Système (1) de prélèvement selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel le tube (241) du dispositif de chauffage de l'air (240) comprend une pluralité de veines d'écoulement d'air (242) de section identique et réparties de manière homogène sur la section du tube (241). 7. Système de prélèvement selon la revendication précédente, dans lequel les veines d'écoulement d'air (242) du tube (241) du dispositif de chauffage de l'air (240) présentent une configuration en nid d'abeille. 8. Système (1) de prélèvement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le module de prélèvement d'iode (200) comprend en outre deux vannes (211, 212), positionnées respectivement en entrée et en sortie de la cartouche de prélèvement de l'iode (210), lesdites vannes étant contrôlées par une unité de commande (260, 160) pour sélectivement isoler la cartouche (210). 9. Système (1) de prélèvement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le conduit de circulation d'air (220) comprend une paroi interne revêtue d'une couche de matériau anti-adhérent. 10. Système (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif (100) de prélèvement d'aérosols comprend en outre un dispositif de chauffage (150) de l'air traversant le filtre (130).