Les transferts des aérosols radioactifs de l'atmosphère vers le sol sont régis par des mécanismes physiques appelés génériquement "dépôts". Or, les quantités déposées varient de plusieurs ordres de grandeur en fonction de la taille des aérosols et influencent leur distribution dans le temps et dans l'espace. Ce mécanisme n'est pas ou mal pris en compte dans les modèles actuels de dispersion atmosphérique de la radioactivité. Dans le cadre des travaux de thèse proposés, il faudra coupler la distribution en taille des aérosols aux modèles de dispersion atmosphérique afin de mieux évaluer les conséquences d'un accident nucléaire et d'affiner la compréhension des mesures de radionucléides surveillés en routine.
L'un des objectifs de la thèse est d'améliorer la compréhension de la dispersion atmosphérique associée à l'accident de Fukushima. Quatorze ans après la catastrophe de Fukushima, la reproduction des cartes de dépôt consécutives à cet accident reste difficile, et la distribution des aérosols est incertaine.
Un autre enjeu de la thèse est de mieux évaluer les augmentations du débit de dose gamma, mesurées sur le réseau de surveillance, dues au lessivage des descendant du radon atmosphérique. Environ la moitié de ces augmentations est mal modélisée (Quérel et al., 2022). Une part des erreurs proviendrait du fait que la taille des aérosols porteurs de ces descendants serait dix fois plus petite que celle considérée actuellement.

Une riche littérature montre l'impact de la granulométrie des aérosols pour les modèles climatiques et pour la prévision de la qualité de l'air. Cette prise en compte est cependant plus rare dans les modèles de dispersion atmosphérique dédiés à la radioactivité. Un des enjeux de la thèse sera le choix de la représentation de la granulométrie la plus adaptée : par mode ou par classe. Cette question est encore ouverte (Jones et al., 2022). Le découpage des classes en iso-gradient de Forêt et al. (2006) présente lui aussi un potentiel intéressant, bien que non-validé sur des aérosols de taille submicronique.

Les modèles de dispersion de la radioactivité dans l'atmosphère de la thèse ont déjà été utilisés et validés sur le cas Fukushima (Korsakissok et al., 2013 ; Saunier et al., 2013) et radon (Quérel et al., 2022). Reste à y implémenter une physique de la granulométrie des aérosols, puis à en évaluer les conséquences en comparant les résultats des modèles de dispersion aux observations de radioactivité dans l'environnement.

L'ajout de la modélisation de la taille des aérosols pourra s'inspirer des modules existant dans des modèles de qualité de l'air largement utilisés par la communauté, tel que Polair3D et/ou que CHIMERE.

La prise en main de Polair3D pourra s'effectuer lors d'un séjour au CEREA. Quant à la prise en main de CHIMERE, elle pourra s'effectuer lors de l'une des formations annuellement organisées par le LMD et le LISA (https://www.lmd.polytechnique.fr/chimere/CW-formation.php).

Le premier semestre de la thèse sera consacré à une prise en main des outils de modélisation, des cas de validation et à la bibliographie, afin de choisir un ou plusieurs schémas de couplage de la granulométrie aux modèles de dispersion. Au deuxième semestre, le modèle de granulométrie sera implémenté aux modèles de dispersion.

La deuxième année et la première partie de la troisième année seront consacrées à l'application de ces modèles aux cas de Fukushima et du radon. Il s'agira de déterminer dans quelle mesure le couplage de la granulométrie influence les dépôts et si cela permet d'améliorer la modélisation, au vu des observations.

La dernière moitié de la troisième année sera consacrée à la rédaction du mémoire et la préparation de la soutenance.

Bibliographie :
Forêt et al. 2006. https://doi.org/10.1029/2005JD006797 .
Jones et al. 2022. https://doi.org/10.5194/acp-22-11381-2022
Quérel et al. 2015. https://doi.org/10.1504/IJEP.2015.077457
Quérel et al. 2022 https://doi.org/10.5194/adgeo-57-109-2022
Korsakissok et al. 2013 https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2013.01.002
Saunier et al. 2013 https://doi.org/10.5194/acp-13-11403-2013

Diplômé Master 2, connaissances en physico-chimie de l'atmosphère, (aérosols, sciences du climat…) requises. Compétences en modélisation recommandées.

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