Brevet FR3029799A1 — publié le 20160617

Dispositif de piégeage d'iode gazeux optimisé et à haute sensibilité La présente invention concerne un dispositif de piégeage d'iode gazeux optimisé et dont l'efficacité permet de quantifier des niveaux ambiants à l'état de traces. Un dispositif de piégeage d'iode est notamment utilisé pour la surveillance de rejets d'iode radioactifs dans l'atmosphère. En particulier, en cas d'accident nucléaire, des masses d'air chargées en iode radioactif se déplacent dans l'atmosphère, si bien qu'il est nécessaire de surveiller les concentrations en iode gazeux et particulaire dans l'air afin d'estimer l'impact de cet iode sur les populations. A cet effet, on connait déjà, dans l'état de la technique, un dispositif de piégeage d'iode gazeux, comprenant un élément adsorbant et un circuit de circulation d'un flux d'air au travers de cet élément adsorbant. Un tel dispositif de piégeage selon l'état de la technique se présente habituellement sous la forme d'un cylindre de faible hauteur, s'étendant le long d'un axe longitudinal, ce cylindre étant rempli de matériau adsorbant. L'air traverse alors ce cylindre parallèlement à son axe longitudinal. L'iode contenu dans l'air traversant le cylindre est alors piégé par le matériau adsorbant qu'il contient. La concentration d'iode est mesurée au moyen d'un détecteur approprié, après exposition du dispositif de piégeage à l'air pendant une durée prédéterminée. Il est à noter que l'air circule dans l'élément adsorbant depuis une extrémité amont jusqu'à une extrémité aval de cet élément adsorbant. De ce fait, l'extrémité amont est plus chargée en iode que l'extrémité aval. Ainsi, afin de mesurer la concentration d'iode piégée dans ce dispositif, on mesure l'iode dans l'élément adsorbant à son extrémité qui est la plus chargée en iode, c'est-à- dire son extrémité amont. Un tel dispositif de piégeage ne donne pas entièrement satisfaction, du fait que la concentration d'iode n'est pas homogène dans tout l'élément adsorbant. Ainsi, il existe un risque d'effectuer la mesure à la mauvaise extrémité de l'élément adsorbant, les extrémités amont et aval de l'élément adsorbant étant identiques. De plus, puisque la concentration d'iode n'est pas homogène dans l'épaisseur du cylindre, les conditions de mesure sont différentes de celles applicables à un étalon de référence. En outre, il est à noter que, pour réduire les limites de détection de l'iode présent sous forme particulaire, il est souhaitable d'augmenter le débit d'air filtré. Or, pour l'iode gazeux, la cinétique de réaction d'adsorption avec le matériau adsorbant limite la capacité de piégeage, ce qui empêche d'augmenter le débit, à l'inverse de ce qui peut être fait avec de l'iode présent sous forme particulaire. 3029799 2 L'invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients, en fournissant un dispositif de piégeage d'iode gazeux optimisé du point de vue du captage et permettant par ailleurs un débit de circulation d'air supérieur à celui dans un dispositif de l'état de la technique et donc permettre une quantification de niveaux présents à l'état de 5 traces. A cet effet, l'invention a notamment pour objet un dispositif de piégeage d'iode gazeux, comportant : - un élément adsorbant, comportant un matériau adsorbant, et - un circuit de circulation d'un flux d'air au travers de l'élément adsorbant, dans 10 lequel est logé cet élément adsorbant, caractérisé en ce que : - le circuit de circulation comporte une conduite d'arrivée d'air, - l'élément adsorbant présente une forme générale cylindrique s'étendant le long d'un axe central longitudinal, et comporte une ouverture centrale cylindrique, s'étendant 15 coaxialement à l'élément adsorbant entre une ouverture d'entrée d'air connectée à la conduite d'arrivée d'air et une surface supérieure, ladite ouverture centrale étant délimitée par une enveloppe interne circonférentielle perméable à l'air. Dans le dispositif de piégeage selon l'invention, l'air circule radialement dans l'élément adsorbant, depuis l'ouverture centrale intérieure jusqu'à une enveloppe 20 circonférentielle extérieure, et non pas exclusivement parallèlement à l'axe longitudinal comme cela est le cas dans l'état de la technique. Ainsi, la zone de l'élément adsorbant la plus chargée en iode est nécessairement une zone située autour de l'ouverture centrale. Pour effectuer une mesure de concentration d'iode, un organe de détection est par la suite disposé au niveau de l'ouverture centrale, si bien qu'il n'est pas possible de 25 mesurer la concentration d'iode au contact d'une zone de l'élément adsorbant peu chargée, contrairement à un dispositif de l'état de la technique. La mesure de la concentration d'iode peut être effectuée de manière simple en disposant le dispositif de piégeage, contenant l'élément adsorbant, directement autour d'un organe de mesure saillant (détecteur) de type classique. En effet, un tel organe de 30 mesure peut s'engager aisément dans l'ouverture centrale de l'élément adsorbant, à travers un passage d'entrée du dispositif de piègeage, débouchant vers l'ouverture centrale. Ainsi, la géométrie du dispositif de piégeage est adaptée pour la mesure de la concentration d'iode, si bien qu'il n'est pas nécessaire de manipuler l'élément adsorbant, 35 et notamment de transférer cet élément adsorbant dans un autre contenant pour effectuer 3029799 3 la mesure. Un opérateur peut donc réaliser les mesures sans risque de contamination dans le cas d'un élément adsorbant chargé en iode. La géométrie du dispositif de piégeage selon l'invention permet d'accumuler une quantité d'iode maximale à proximité immédiate de l'ouverture centrale, donc à proximité 5 immédiate du détecteur qui en effectue la mesure. Ainsi, le rendement de piégeage et le rendement de détection sont optimisés. Par ailleurs, il est à noter que la surface de contact entre le matériau adsorbant et l'air est supérieure pour un dispositif de piégeage selon l'invention que pour un dispositif de piégeage de l'état de la technique. En effet, il suffit, pour augmenter cette surface, 10 d'augmenter la longueur de l'élément adsorbant, ce qui est plus simple et économique que d'augmenter le diamètre d'un tel élément adsorbant comme cela serait nécessaire pour obtenir un résultat similaire avec un élément adsorbant de l'état de la technique. Il est ainsi possible de faire circuler de l'air à un débit bien plus élevé que dans l'état de la technique, par exemple à un débit compris entre dix et trente fois celui 15 acceptable dans l'état de la technique. Un dispositif de piégeage selon l'invention peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables. - Le circuit de circulation comporte une enceinte, dans laquelle est logé l'élément 20 adsorbant, ladite enceinte étant délimitée par des parois dont au moins l'une présente un orifice de sortie d'air. - Un espace de circulation d'air, notamment circonférentiel, est défini entre l'élément adsorbant et les parois de l'enceinte. - Ladite enveloppe interne présente une pluralité d'orifices d'échappement d'air, 25 répartis autour de l'axe central et le long de l'élément adsorbant, ainsi que dans la surface supérieure, par exemple des orifices circulaires. - Le matériau adsorbant est du charbon actif. - La conduite d'arrivée d'air est sensiblement rectiligne, et coaxiale avec l'ouverture centrale. 30 - L'élément adsorbant comporte une enveloppe externe perméable à l'air, définissant sa forme générale cylindrique, les enveloppes externe et interne délimitant ensemble un espace de stockage du matériau adsorbant. - Ladite enveloppe externe est pourvue d'une pluralité d'ouvertures de passage d'air, notamment d'ouvertures circulaires, réparties autour de l'axe central et le long de 35 l'élément adsorbant. 3029799 4 - La conduite d'arrivée d'air est prolongée par un rebord, l'élément adsorbant étant propre à être emboîté sur ce rebord de manière étanche. L'invention concerne également un procédé de mesure de la concentration d'iode piégé dans l'élément adsorbant d'un dispositif de piégeage d'iode tel que défini 5 précédemment, caractérisé en ce qu'un organe de mesure est inséré à travers la conduite d'arrivée d'air jusqu'à l'ouverture centrale de l'élément adsorbant, de préférence sans extraction de l'élément adsorbant depuis le circuit de circulation dans lequel il est logé. En effet, comme indiqué précédemment, la géométrie du dispositif de piégeage est adaptée pour la mesure de la concentration d'iode, si bien qu'il n'est pas nécessaire 10 de manipuler l'élément adsorbant, et notamment de transférer cet élément adsorbant dans un autre contenant pour effectuer la mesure. Un opérateur peut donc réaliser les mesures sans risque de contamination. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures annexées, parmi 15 lesquelles : la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de piégeage d'iode selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. ; la figure 2 est un graphique représentant un rendement moyen de détection d'iode en fonction de la distance, dans un élément adsorbant du dispositif de 20 piégeage de la figure 1, entre une enveloppe interne de cet élément adsorbant et un point de mesure pris dans l'élément adsorbant ; la figure 3 est un graphique représentant la concentration relative d'iode adsorbée dans l'élément adsorbant, en fonction de la distance, dans l'élément adsorbant, entre l'enveloppe interne et le point de mesure pris dans l'élément 25 adsorbant. On a représenté, sur la figure 1, un dispositif 10 de piégeage d'iode selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de piégeage 10 comporte un élément adsorbant 12 et un circuit 14 de circulation d'un flux d'air au travers de cet élément adsorbant 12. 30 L'élément adsorbant 12 présente une forme générale cylindrique définie le long d'un axe longitudinal central X. Avantageusement, l'élément adsorbant 12 présente une section transversale circulaire. L'élément adsorbant 12 comporte une ouverture centrale cylindrique 16, s'étendant coaxialement à l'élément adsorbant 12, c'est-à-dire le long de l'axe longitudinal 35 X. De préférence, cette ouverture centrale 16 présente une section transversale circulaire. 3029799 5 Conformément à l'exemple représenté, l'élément adsorbant 12 comporte une enveloppe externe 18, définissant sa forme générale cylindrique, et une enveloppe interne 20, coaxiale à l'enveloppe externe 18, délimitant l'ouverture centrale 16. L'élément adsorbant 12 comporte par ailleurs des bases supérieure 17 et 5 inférieure 19, entre lesquelles s'étend l'enveloppe externe 18 le long de l'axe longitudinal X. Ainsi, les enveloppes externe 18 et interne 20 délimitent, avec les bases supérieure 17 et inférieure 19, un espace de stockage pour un matériau adsorbant. Généralement, le matériau adsorbant est un charbon actif. 10 L'enveloppe externe 18 est perméable à l'air. Par exemple, l'enveloppe externe 18 est pourvue d'une pluralité d'ouvertures de passage d'air 22, par exemple des ouvertures circulaires, réparties autour de l'axe longitudinal X et le long de l'élément adsorbant 12. En variante, les ouvertures pourraient être formées par des rainures parallèles à l'axe central X, ou circonférentielles et perpendiculaires à l'axe central X. 15 L'enveloppe interne 20 forme une paroi circonférentielle s'étendant dans la direction de l'axe longitudinal X entre un orifice d'entrée d'air 21, ménagé dans la base inférieure 19, et une surface supérieure opposée 23. Cette surface supérieure 23 est agencée à distance de la base supérieure 17, si bien que du matériau adsorbant est logé entre cette surface supérieure 23 et la base 20 supérieure 17. Par exemple, la distance entre l'orifice d'entrée d'air 21 et la surface supérieure 23 est environ égale aux trois quart de la hauteur de l'élément adsorbant 12. De préférence, la surface supérieure 23 est perméable à l'air pour permettre le passage d'air vers le matériau adsorbant logé entre cette surface supérieure 23 et la base supérieure 17. Par exemple, la surface supérieure 23 est pourvue d'ouvertures de 25 passage d'air. En revanche, la base supérieure 17 est imperméable à l'air. L'enveloppe interne 20 est également perméable à l'air. Par exemple, l'enveloppe interne 20 présente une pluralité d'orifices d'échappement d'air 24 répartis autour de l'axe central X, le long de l'élément adsorbant 12, par exemple des orifices circulaires. En 30 variante, les orifices d'échappement d'air 24 pourraient être formés par des rainures parallèles à l'axe central X, ou des rainures circonférentielles perpendiculaires à cet axe central X. De préférence, la base supérieure 17 présente un orifice de remplissage 25, à travers lequel le matériau adsorbant est introduit dans l'élément adsorbant 12, 35 préalablement à l'utilisation de l'élément adsorbant 12. Dans ce cas, cet orifice de remplissage 25 est ensuite obturé par un opercule 27 étanche. Toutefois, à l'exception de 3029799 6 cet orifice de remplissage 25, la base supérieure 17 est imperméable à l'air. En d'autres termes, la base supérieure 17 est intégralement imperméable à l'air lorsque l'orifice de remplissage 25 est obturé par l'opercule 27. Par ailleurs, la base inferieure 19 est pleine et imperméable à l'air. 5 L'air circulant dans l'ouverture centrale 16, depuis l'orifice d'accès 21, ne peut donc s'échapper qu'au travers de l'enveloppe interne 20. Cet air traverse ensuite le matériau adsorbant, pour s'échapper au travers de l'enveloppe externe 18. Par ailleurs, le circuit de circulation 14 comporte une conduite d'arrivée d'air 26, 10 débouchant dans l'ouverture centrale cylindrique 16, au travers de l'orifice d'accès 21. En d'autres termes, la première extrémité de l'ouverture centrale 16 est connectée à la conduite d'arrivée d'air 26. Avantageusement, la conduite d'arrivée d'air 26 est sensiblement rectiligne, et coaxiale avec l'ouverture centrale 16. 15 Le circuit de circulation 14 comporte par ailleurs avantageusement une enceinte 28, dans laquelle est logé l'élément adsorbant 12. Cette enceinte 28 est délimitée par des parois 30 imperméables à l'air. L'élément adsorbant 12 est agencé dans l'enceinte 28 de sorte qu'un espace de circulation d'air 32, notamment un espace circonférentiel, soit défini entre cet élément 20 adsorbant 12 et les parois 30 de l'enceinte 28. L'élément adsorbant 12 repose sur une paroi inférieure de l'enceinte 28, dans laquelle débouche le conduit d'arrivée 26. Ce conduit d'arrivée 26 se prolonge avantageusement au sein de l'enceinte 28 par un rebord, dans lequel l'ouverture centrale 16 de l'élément adsorbant 12 vient s'emboîter. On réalise ainsi le centrage de l'élément 25 adsorbant 12 dans l'enceinte 28. Ce rebord présente un diamètre légèrement inférieur à celui de l'enveloppe interne 20, pour permettre un emboîtement étanche. Du fait de cette enceinte 28, l'élément adsorbant 12 n'est exposé qu'à l'air extérieur provenant de la conduite d'arrivée d'air 26. 30 L'une des parois 30 de l'enceinte, notamment une paroi supérieure, est pourvue d'un orifice 34 de sortie d'air, au travers duquel l'air ayant traversé l'élément adsorbant 12 s'échappe de l'enceinte 28. Cet orifice de sortie 34 est par exemple prolongé par une conduite de sortie d'air. Par exemple, l'orifice de sortie 34 est défini autour de l'axe longitudinal X, pour des 35 raisons de symétrie. 3029799 7 Avantageusement, le dispositif 10 est équipé de deux systèmes de vannes, dont l'un est agencé sur la conduite d'arrivée d'air 26, et l'autre sur une conduite de sortie liée à l'orifice de sortie 34. Ces systèmes de vannes sont fermés entre deux campagnes de prélèvement, afin de maintenir le dispositif 10 de piégeage d'iode parfaitement étanche à 5 l'air et éviter ainsi que les performances du matériau adsorbant présent ne soient dégradées par l'humidité de l'air. Le fonctionnement du dispositif de piégeage 10 selon l'invention sera décrit ci-dessous. Un flux d'air est introduit dans le dispositif de piégeage 10, par exemple au moyen 10 d'une pompe classique non représentée, au travers de la conduite d'arrivée d'air 26. Le flux d'air est transporté par cette conduite d'arrivée d'air 26, jusqu'à l'ouverture centrale cylindrique 16. Ce flux d'air passe ensuite au travers de l'enveloppe intérieure 20 perméable à l'air, notamment au travers des orifices 24 ménagés dans cette enveloppe intérieure 20. 15 Une première partie du flux d'air circule radialement dans l'élément adsorbant 12, en traversant radialement le matériau adsorbant de cet élément adsorbant 12, jusqu'à atteindre l'enveloppe externe 18. Une seconde partie du flux d'air passe par la surface supérieure 23 de l'enveloppe interne 20 et circule axialement jusqu'à rencontrer la base supérieure 17. Cette seconde partie de flux d'air est alors déviée et traverse l'élément 20 adsorbant 12 radialement. Au cours de son passage dans l'élément adsorbant 12, l'iode contenu dans le flux d'air est adsorbé dans le matériau adsorbant (on dit également que l'iode est « piégé »dans ce matériau adsorbant). L'air dont l'iode a été adsorbé sort de l'élément adsorbant 12 au travers de 25 l'enveloppe externe 18, notamment au travers des orifices 22 ménagés dans cette enveloppe externe 18. Cet air circule ensuite dans l'espace de circulation d'air 32, jusqu'à l'orifice de sortie 34 ménagé dans l'une des parois 30 de l'enceinte 28. Comme indiqué précédemment, la mesure de la concentration d'iode peut être 30 effectuée de manière simple en disposant le dispositif de piégeage 10, contenant l'élément adsorbant 12, directement autour d'un organe de mesure saillant d'un détecteur de type classique. En effet, un tel organe de mesure peut s'engager aisément dans l'ouverture centrale 16 de l'élément adsorbant 12 du dispositif de piègeage 10. Ainsi, la géométrie du dispositif de piégeage 10 est adaptée pour la mesure de la 35 concentration d'iode, si bien qu'il n'est pas nécessaire de manipuler le matériau adsorbant, et notamment de transférer ce matériau adsorbant dans un autre contenant 3029799 8 pour effectuer la mesure. Un opérateur peut donc réaliser les mesures sans risque de contamination. La géométrie du dispositif de piégeage 10 selon l'invention permet d'accumuler une quantité d'iode maximale à proximité immédiate de l'ouverture centrale, donc à 5 proximité immédiate du détecteur qui en effectue la mesure. Ainsi, le rendement de piégeage et le rendement de détection sont optimisés. En effet, la détection d'iode est d'autant plus efficace qu'elle est effectuée à proximité de la zone de l'élément adsorbant 12 la plus chargée en iode, c'est-à-dire celle située au contact de l'enveloppe interne 20 et dans les premiers centimètres suivants. 10 A titre illustratif, on a représenté, sur la figure 2, un graphique représentant, en ordonnée, un rendement moyen de détection d'iode 131 en fonction de la distance, dans l'élément adsorbant 12, entre l'entrée d'air chargé et le point de mesure, donc la distance entre l'enveloppe interne 20 et le point de mesure pris dans l'élément adsorbant. Cette distance est appelée « épaisseur de charbon » sur la figure 2. 15 Sur cette figure 2, on constate que, plus le point de mesure est proche de l'enveloppe interne 20, plus le rendement de détection est élevé. Une mesure prise dans l'ouverture centrale 16, à proximité immédiate de l'enveloppe interne 20, est donc optimale. Il est par ailleurs à noter que le rendement est maximal dans une partie supérieure 20 de l'élément adsorbant 12, notamment au-dessus de la surface supérieure 23. En effet, dans cette partie supérieure, le flux d'air est maximal du fait de la présence de la base supérieure 17 qui dévie l'écoulement radialement. Par ailleurs, on a représenté sur la figure 3 un graphique représentant la concentration relative d'iode adsorbée dans l'élément adsorbant 12, en fonction de la 25 distance, dans l'élément adsorbant 12, entre l'entrée d'air chargé et le point de mesure, donc la distance entre l'enveloppe interne 20 et le point de mesure pris dans l'élément adsorbant. Sur cette figure 3, on constate que la concentration en iode est maximale à proximité immédiate de l'enveloppe interne 20, puis chute rapidement en fonction de 30 l'éloignement depuis cette enveloppe interne 20. Ainsi, en effectuant comme indiqué précédemment la mesure dans l'ouverture centrale 16, on obtient un rendement de détection optimal, à l'endroit où la concentration en iode piégé est maximale. Le dispositif 10 selon l'invention est donc optimisé à la fois pour le piégeage de 35 l'iode gazeux en grande quantité et pour la mesure de la concentration d'iode piégé, cette 3029799 9 combinaison permettant de mesurer des très faibles concentrations et ce de façon optimale. On notera que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précédemment décrit, mais pourrait présenter diverses variantes. 5 REVENDICATIONS1. Dispositif (10) de piégeage d'iode, comportant : - un élément adsorbant (12), comportant un matériau adsorbant, et - un circuit (14) de circulation d'un flux d'air au travers de l'élément adsorbant (12), dans lequel est logé cet élément adsorbant (12), caractérisé en ce que : - le circuit de circulation (14) comporte une conduite d'arrivée d'air (26), - l'élément adsorbant (12) présente une forme générale cylindrique s'étendant le long d'un axe central longitudinal (X), et comporte une ouverture centrale cylindrique (16), s'étendant coaxialement à l'élément adsorbant (12) entre une ouverture d'entrée d'air (21) connectée à la conduite d'arrivée d'air (26) et une surface supérieure (23), ladite ouverture centrale (16) étant délimitée par une enveloppe interne circonférentielle (20) perméable à l'air. 2. Dispositif de piégeage (10) selon la revendication 1, dans lequel le circuit de circulation (14) comporte une enceinte (28), dans laquelle est logé l'élément adsorbant (12), ladite enceinte (28) étant délimitée par des parois (30) dont au moins l'une présente un orifice de sortie d'air (34). 3. Dispositif de piégeage (10) selon la revendication 2, dans lequel un espace de circulation d'air (32), notamment circonférentiel, est défini entre l'élément adsorbant (12) et les parois (30) de l'enceinte (28). 4. Dispositif de piégeage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite enveloppe interne (20) présente une pluralité d'orifices (24) d'échappement d'air, répartis autour de l'axe central (X) et le long de l'élément adsorbant (12), ainsi que dans la surface supérieure (23), par exemple des orifices circulaires. 5. Dispositif de piégeage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau adsorbant est du charbon actif. 6. Dispositif de piégeage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la conduite d'arrivée d'air (26) est sensiblement rectiligne, et coaxiale avec l'ouverture centrale (16). 3029799 11 7. Dispositif de piégeage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément adsorbant comporte une enveloppe externe (18) perméable à l'air, définissant sa forme générale cylindrique, les enveloppes externe (18) 5 et interne (20) délimitant ensemble un espace de stockage du matériau adsorbant. 8. Dispositif de piégeage (10) selon la revendication 7, dans lequel ladite enveloppe externe (18) est pourvue d'une pluralité d'ouvertures de passage d'air (22), notamment d'ouvertures circulaires, réparties autour de l'axe central (X) et le long de 10 l'élément adsorbant (12). 9. Dispositif de piégeage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la conduite d'arrivée d'air (26) est prolongée par un rebord, l'élément adsorbant (12) étant propre à être emboîté sur ce rebord de manière étanche. 10. Procédé de mesure de la concentration d'iode piégé dans l'élément adsorbant (12) d'un dispositif (10) de piégeage d'iode selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'un organe de mesure est inséré dans l'ouverture centrale de l'élément adsorbant (12). 15 20