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Amestoy, Julien. Etude de l'influence des facteurs environnementaux sur la spectrométrie gamma aéroportée et application à la surveillance environnementale de sites

Amestoy, Julien (2021). Etude de l'influence des facteurs environnementaux sur la spectrométrie gamma aéroportée et application à la surveillance environnementale de sites.

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Résumé en francais

La spectrométrie gamma aéroportée est une technique de mesure efficace pour établir un bilan radiologique ponctuel d'un site de grande étendue. Son application à la surveillance environnementale nécessite une répétabilité temporelle des mesures de concentration des radionucléides dans le sol. Le caractère innovant de cette étude repose sur l'acquisition couplée de spectres gamma issus d'un vol stationnaire simulé à 50 mètres et de mesures de facteurs environnementaux sur une chronique temporelle continue de 14 mois, entre Avril 2019 et Juin 2020, qui permet de caractériser les facteurs d'influence. Le site d'application, le P2OA-CRA de Lannemezan, a été choisi pour la présence d'un mât météorologique de 60 mètres permettant d'installer un spectromètre NaI(Tl), de type RSX-5 de même composition que celui utilisé lors des campagnes de mesures du CEA. L'objectif principal de cette thèse est de s'affranchir des différents biais de mesures pour isoler le signal gamma émis depuis le sol. Ainsi, les chroniques temporelles ont permis d'observer et de quantifier les effets environnementaux associés à la variation de l'humidité du sol, de la pression atmosphérique, des rayonnements cosmiques, des précipitations et du radon-222 atmosphérique. Chaque paramètre a fait l'objet d'une étude dédiée qui a débouché sur la mise en place d'une correction de cet effet sur le signal gamma mesuré. La loi d'ajustement théorique des radionucléides, couplées à des simulations Geant-4, ont validé la correction des effets de l'humidité du sol. Elles permettent d'exprimer les concentrations des radionucléides en sol sec et ne sont donc plus fonction de l'humidité du sol à l'instant de la mesure, qui représente une importante source de variabilité. Cette procédure a d'abord été validée pour le 40K, le 232Th ainsi que le 137Cs, puis pour le 238U, une fois l'influence du 222Rn atmosphérique soustraite du signal. Cette correction est également applicable en utilisant les humidités du sol acquises par télédétection satellitaire, notamment les produits L4 de SMAP. Une étude complémentaire sur le suivi du profil de l'humidité du sol par des rayonnements gamma d'un même radionucléide à différentes énergies ouvre des perspectives d'application en agriculture de précision. La caractérisation d'une fenêtre d'énergie centrée sur les rayonnements cosmiques a permis d'éliminer leur influence sur le signal gamma mesuré. Si l'effet du cycle semi-diurne de la pression atmosphérique sur les taux de comptage a pu être mis en évidence pour tous les radionucléides, son influence limitée n'a pas fait l'objet d'une correction dédiée. L'effet des précipitations centré uniquement sur le 238U a pu être étudié sur des profils d'événements de pluie uniques d'intensité variable. L'augmentation du taux de comptage de 238U associée à ces événements de pluie, présente une relation linéaire avec l'intensité des épisodes pluvieux. L'étude couplée des chroniques temporelles du 222Rn et du 238U a permis de quantifier l'influence du radon atmosphérique sur le signal gamma de l'uranium. Une composante spectrale associée au radon atmosphérique a été établie en ce sens. Suite à cette nouvelle quantification de l'influence du 222Rn atmosphérique sur le signal du 238U, une méthode pionnière d'estimation de l'activité volumique de 222Rn à partir de la spectrométrie gamma aéroportée a été développée. Le 222Rn ainsi estimé peut à la fois entrer dans le protocole de correction du signal du 238U et faire l'objet d'études dédiées. Des cartes de son évolution temporelle à partir de la spectrométrie gamma peuvent ainsi être réalisées. Une procédure globale de correction (CRADON) a ensuite été mise en œuvre, et appliquée aux spectres acquis lors de la campagne de survol aéroporté effectuée sur le site pilote. Les cartes produites à partir du protocole de correction montrent une très bonne répétabilité diurne et semi-diurne, ce qui n'est pas le cas des cartes initiales, ce qui valide le protocole mis en place.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Meslin, Pierre-Yves
Baratoux, David
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), UMR 5277
Mots-clés libres :Spectrométrie gamma aéroportée - Surveillance environnementale - Scintillateur NaI(Tl) - Uranium-Thorium-Potassium-Césium - Humidité du sol - 222Rn
Sujets :Sciences de l'environnement
Déposé le :19 Nov 2021 13:37