Évaluation de la présence de radionucléides de recherche dans des effluents et évaluation de la protection de la santé et de l'environnement

Les radionucléides sont utilisés en recherche fondamentale et en médecine. Ces radionucléides peuvent être disposés dans les déchets commerciaux et industriels sous certaines conditions et se retrouvent dans certains sites d’enfouissement. Pouvons-nous mesurer la présence de ces radionucléides au moyen de la scintillation liquide directement dans le lixiviat des sites d’enfouissement ? Si oui, à quelle limite de concentration un risque est-il présent pour les humains et l’environnement ? Cet essai tente de répondre à ces questions. À la lumière des résultats obtenus, il est possible de mesurer des concentrations de tritium et de carbone-14. Les quantités détectées ne représentent aucun risque formel pour les humains ou l’environnement

Étude du tomographe de haute résolution pour petits animaux ClearPET par la méthode de Monte Carlo

The Lausanne ClearPET demonstrator is one of the new generation of high resolution small animal PET scanners. A high resolution PET scanner aims to maximize the signal-to-noise ratio measured in pixels for a given time without compromising spatial resolution. In order to achieve it, ClearPET scanners are based on phoswich technology : two different crystals (LSO and LuYAP) are aligned one behind the other and coupled to the same channel of a multichannel photo-detector. Depth-of-interaction is determined by a pulse shape analysis. To improve the prototype design, a Monte Carlo simulation toolkit dedicated to emission tomography – GATE – was created. The accurate description of time-dependent phenomena such as source or detector movement and source decay kinetics represents the most important feature of this software. The first part of this work presents the demonstrator built in Lausanne, mainly the DAQ process and the libraries for the data treatment, and the GATE functionality. In the second part, the measurements obtained with the ClearPET demonstrator combined with simulations are presented. The simulations allow estimation of the performance of a final scanner and refinement of the detector head design. Measurements as well as simulations give a spatial resolution of 1.3 mm on the scanner axis and 2.5 mm at 4 cm from the axis. Temporal resolution for two modules with the same sampling phase is about 4.3 ns for LSO and 4.9 ns for LuYAP. For a standard acquisition, the energy resolution at 511 keV is about 31 ± 4 % for LSO and 33 ± 8 % for LuYAP. The peaks at full energy before calibration are about 480 ± 50 keV1 for LSO and 470 ± 40 keV1 for LuYAP. These variations, coupled with hardware threshold, are one of the main reasons for the sensitivity and count rate performance limitations. A sensitivity of 4.37 ± 0.05 is estimated for a full ring design with four rings of detector modules. The large systematic errors are induced by the variability previously mentioned. ------------------------------ 1 As spectra are not normalized, keV unities are inappropriate. Channel numbers are more accurate

Étude expérimentale et modélisation phénoménologique de l’hydrolyse de sodium tritié : influence des conditions opératoires sur la distribution du tritium dans les effluents

L’hydrolyse contrôlée et progressive est une des solutions technologiques pour traiter le sodium tritié présent dans divers composants d’un Réacteur à Neutrons Rapides. Une étude expérimentale a été réalisée pour analyser et comprendre les phénomènes physico-chimiques mis en jeu lors de cette hydrolyse, fortement exothermique, et étudier l’influence des paramètres opératoires sur la répartition HT /HTO au sein de l’effluent liquide et de l’effluent gazeux générés. Les deux facteurs prédominants sont l’activité totale du sodium traité et le flux énergétique (J/s) dégagée par la réaction. Un modèle phénoménologique de l’hydrolyse de sodium tritié est proposé pour synthétiser les connaissances acquises et servir d’aide à la prédiction de la composition en tritium dans les effluents générés en vue de leur traitement. ABSTRACT : Within the framework of the decommissioning of fast reactors, several processes are under investigation regarding sodium disposal. One of them rests on the implementation of the sodium-water reaction (SWR), in a controlled and progressive way, to remove residual sodium containing impurities such as sodium hydrides, sodium oxides and tritiated sodium hydrides. Such a hydrolysis releases some amount of energy and produces a liquid effluent, composed of a solution of soda, and a gaseous effluent, composed of hydrogen, steam and an inert gas. The tritium, originally into the sodium as a soluble (T-) or precipitate form (NaT), will be distributed between the liquid and gaseous effluent, and according to two chemical forms, the tritium hydride HT and the tritiated water HTO. HTO being 10,000 times more radiotoxic than HT, a precise knowledge of the mechanisms governing the distribution of tritium is necessary in order to estimate the exhaust gas releases and design the process needed to treat the off-gas before its release into the environment. An experimental study has been carried out in order to determine precisely the phenomena involved in the hydrolysis. The influence of the experimental conditions on the tritium distribution has been tested. The results of this study leaded to a phenomenological description of the tritiated sodium hydrolysis that will help to predict the composition of the effluents, regarding tritium

Centrales nucléaires et environnement - Prélèvements d'eau et rejets

Environment, nuclear power Plant, pollution, rejection, wate

Centrales nucléaires et environnement - Prélèvements d’eau et rejets

Il y a six ans une équipe multidisciplinaire de chercheurs, ingénieurs, juristes et exploitants de centrales nucléaires ont réuni leurs compétences et leur expérience pour rédiger le premier guide « Centrales Nucléaires et Environnement ». Leur ambition était la transmission des savoirs et des connaissances : une fois publié, ce guide a non seulement permis à une génération d’exploitants des centrales nucléaires d’EDF d’acquérir une base robuste sur l’environnement et les centrales nucléaires, mais il a également offert à tous, amateurs de vrais livres, ou habitués d’Internet et des réseaux sociaux, une information pédagogique sur les besoins en eau d’une centrale nucléaire, ses rejets d’effluents dans l’environnement, la surveillance de leurs éventuels impacts, sans oublier le corpus réglementaire applicable, les rôles et missions des autorités de contrôle… Le succès de ce guide, les retours positifs qu’il a suscités, ainsi que les évolutions importantes intervenues dans le cadre réglementaire depuis sa publication, nous ont convaincus de l’intérêt de mobiliser une nouvelle équipe d’experts pour une mise à jour et une réédition du format Livre. Après une synthèse de tout ce qu’il faut savoir en 10 pages, le guide décrit les interactions de ces grands ouvrages industriels avec leur environnement : dans un sens, les services écologiques apportés aux centrales nucléaires pour leur permettre de pro-duire l’électricité la moins carbonée et l’une des plus compétitives d’Europe au service du bien-être des hommes et ; dans l’autre sens, les nombreuses actions mises en œuvre par EDF pour connaître, éviter ou réduire les effets des centrales sur les écosystèmes. L’organisation de ce guide permet au lecteur de naviguer au gré de ses besoins ou de sa curiosité. Il y découvre l’importance qu’accorde l’exploitant à informer le public faisant sienne la définition de la transparence d’André Comte-Sponville : « Dire au public tout ce qu’il n’aimerait pas apprendre par d’autres que nous ». Un tour de la réglementation applicable aux centrales nucléaires amène le lecteur au pied de la pyramide réglementaire française des installations nucléaires de base (INB) avec à son sommet la loi fondatrice TSN (Transparence et Sécurité Nucléaire) du 13 juin 2006, aujourd’hui codifiée dans le Code de l’environnement (titre IX du livre V principalement). Un détour par Oslo et Paris avec la convention OSPAR sur la protection du milieu marin de l’Atlantique du Nord-est ; un saut à Berne et sa convention pour la protection du Rhin, puis, bien sûr, Kyoto et le protocole sur la réduction des gaz à effet de serre, à Espoo pour la prise en compte de l’environnement lors de Projets dans un contexte transfrontière et pour terminer à Bruxelles avec nombre de directives et règlements. Enfin, le guide aborde le contrôle des rejets et la surveillance de l’environnement au voisinage des centrales nucléaires, ce qui permet de suivre les principaux paramètres indicateurs de la qualité des écosystèmes terrestre et aquatique. Référence est faite aux études et aux techniques de mesures les plus sophistiquées pour déceler le moindre effet

Générateurs de nombres véritablement aléatoires à base d'anneaux asynchrones : conception, caractérisation et sécurisation

True Random Number Generators (TRNG) are ubiquitous in many critical cryptographic applications (key generation, DSA signatures, etc). While many TRNG designs exist in literature, only a few of them deal with security aspects, which is surprising considering that they are low-level primitives in a cryptographic system (a weak TRNG can jeopardize a whole cryptographic system). The objective of this thesis was to study the advantages of asynchronous design techniques in order to build true random number generators that are secure and robust. We especially focused on digital oscillators called self-timed rings (STR), which use a handshake request and acknowledgement protocol to organize the propagation of data. Using some of the unique properties of STRs, we propose a new TRNG principle, with a detailed theoretical study of its behavior, and an evaluation of the TRNG core in ASICs and FPGAs. We demonstrate that this new principle allows to generate high quality random bit sequences with a very high throughput (> 100 Mbit/s). Moreover, it enables a realistic estimation for the entropy per output bit (this entropy level can be tuned using the entropy extractor parameters). We also present a complete methodology to design the TRNG, to properly set up the architecture with regards to the level of noise in the circuit, and to secure it against attacks and failuresLes générateurs de nombres véritablement aléatoires (TRNG) sont des composants cruciaux dans certaines applications cryptographiques sensibles (génération de clés de chiffrement, génération de signatures DSA, etc). Comme il s’agit de composants très bas-niveau, une faille dans le TRNG peut remettre en question la sécurité de tout le système cryptographique qui l’exploite. Alors que beaucoup de principes de TRNG existent dans la littérature, peu de travaux analysent rigoureusement ces architectures en termes de sécurité. L’objectif de cette thèse était d’étudier les avantages des techniques de conception asynchrone pour la conception de générateurs de nombres véritablement aléatoires (TRNG) sûrs et robustes. Nous nous sommes en particulier intéressés à des oscillateurs numériques appelés anneaux auto-séquencés. Ceux-ci exploitent un protocole de requêtes et acquittements pour séquencer les données qui y circulent. En exploitant les propriétés uniques de ces anneaux, nous proposons un nouveau principe de TRNG, avec une étude théorique détaillée sur son fonctionnement, et une évaluation du cœur du générateur dans des cibles ASIC et FPGA. Nous montrons que ce nouveau principe permet non seulement de générer des suites aléatoires de très bonne qualité et avec un très haut débit (>100 Mbit/s), mais il permet aussi une modélisation réaliste de l’entropie des bits de sortie (celle-ci peut être réglée grâce aux paramètres de l’extracteur). Ce travail propose également une méthodologie complète pour concevoir ce générateur, pour le dimensionner en fonction du niveau de bruit dans le circuit, et pour le sécuriser face aux attaques et défaillance

Adaptation de la procédure SSFR aux exigences industrielles

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018La validité des modèles des générateurs est essentielle aux analyses de stabilité et de performance dynamique des réseaux électriques. Les producteurs d’énergie doivent fournir aux transporteurs d’électricité les paramètres électriques dynamiques du modèle de tous les générateurs mis en service après 1990. Les paramètres fournis doivent obligatoirement être validés par des mesures expérimentales. En Amérique du Nord, la procédure d’estimation des paramètres la plus acceptée est l’essai de courtcircuit brusque. Pour des cas de réfection, les risques élevés de bris peuvent devenir inacceptables. L’essai SSFR (« Standstill Frequency Response ») décrit dans la norme ANSI/IEEE Std 115-2009 comporte plusieurs avantages par rapport aux méthodes plus traditionnelles, notamment l’amélioration de la précision des modèles sur une bande passante plus large (> 200 Hz) et l’élimination des risques d’endommager le générateur. L’objectif du projet de recherche est de développer un système de mesure automatisé répondant à des contraintes industrielles afin d’assister la réalisation de l’essai SSFR sur de grands alternateurs hydrauliques. La solution proposée vise à maximiser la qualité des mesures tout en minimisant le nombre d’interventions manuelles et la complexité du montage expérimental. Le système a été utilisé pendant plus de deux mille heures afin de réaliser des essais de validation sur des générateurs de 5.4 kVA. Les essais ont permis de démontrer que le système est robuste et qu’il possède les spécifications requises pour effectuer des essais SSFR répondant aux exigences de la norme ANSI/IEEE Std 115- 2009. Les trois premiers chapitres du mémoire introduisent les bases théoriques liées à la modélisation dq0 d’un générateur synchrone, puis décrivent les principaux essais permettant l’identification des paramètres du modèle. La seconde partie du mémoire se concentre sur les divers aspects de conception du système de mesure automatisé.Generator models validity is essential to analyze power grids stability and dynamic performance. Energy producers must provide power carriers with the model parameters of all generators commissioned after 1990. The parameters supplied must be validated by experimental measurements. In North America, the most accepted parameter estimation procedure is the short-circuit test. For repair cases, the high risk of damaging the alternator may become unacceptable. The SSFR (« Standstill Frequency Response ») test described in the ANSI / IEEE Std 115-2009 standard has several advantages over more traditional methods, namely an improvement of the models accuracy over a wider bandwidth (> 200 Hz) and the elimination of the risk of damaging the generator. The research project objective is to develop an automated measurement system meeting industrial constraints in order to assist the realization of the SSFR test on large hydraulic alternators. The proposed solution aims to maximize the quality of measurements while minimizing the number of manual interventions and the complexity of the experimental setup. The system has been used for more than two thousand hours to perform validation tests on 5.4 kVA generators. The tests demonstrated that the system is robust and has the required specifications to perform SSFR tests that meet the requirements of the ANSI / IEEE Std 115-2009 standard. The first three chapters of the thesis introduce the theoretical framework related to the dq0 modelisation of a synchronous generator, then describe the main tests allowing the identification of the model parameters. The second part of the thesis focuses on the various design considerations of the automated measurement system

Électronique d’un convertisseur photon-numérique 3D pour une résolution temporelle de 10 ps FWHM

Les technologies utilisant la détection monophotonique sont de plus en plus présentes dans nos vies. De nombreuses applications nécessitent un photodétecteur possédant une haute efficacité de détection ainsi que d’excellentes performances temporelles, de l’ordre de 10 ps LMH. L’un des exemples qui aura un impact dans nos vies à court terme est l’intégration de système de télémétrie laser sur les véhicules afin de les rendre autonomes. Le domaine de l’imagerie médicale peut également profiter du développement de nouveaux photodétecteurs possédant une très haute précision temporelle. Par exemple, la tomographie d’émission par positrons permet d’imager le métabolisme des cellules, une technique très utilisée dans la détection de tumeurs cancéreuses. Une résolution temporelle en coïncidence de 10 ps LMH permet d’augmenter drastiquement le contraste des images des scanners TEP en localisant l’endroit sur la ligne de réponse où s’est produite l’annihilation du positron et de l’électron. L’atteinte d’une résolution de 10 ps LMH représenterait un changement de paradigme puisqu’il serait possible de produire directement une image sans utiliser un processus de reconstruction. Présentement, les cristaux scintillateurs et les photodétecteurs sont les deux facteurs limitant l’atteinte d’une résolution de 10 ps LMH. Au niveau du photodétecteur, une gigue temporelle de détection de photon unique de 10 ps LMH est requise pour atteindre une résolution en coïncidence de 10 ps LMH. Le Groupe de recherche en appareillage médicale travaille à atteindre cette performance depuis de nombreuses années. Le projet phare du groupe au niveau du développement de photodétecteur est le convertisseur photon-numérique 3D. Pour ce détecteur, une intégration verticale 3D de deux puces de silicium est requise. Sur la première couche, une matrice de photodiode à avalanche monophotonique est conçue dans une technologie sur mesure de Teledyne Dalsa Semiconductor Inc est intégrée en 3D sur une seconde couche de technologie standard CMOS 65 nm de Taiwan Semiconductor Manufacturing Company ltd. Ce projet de doctorat vise à concevoir un circuit en technologie CMOS qui attribue à chaque photodiode à avalanche monophotonique un circuit d’étouffement et un convertisseur temps-numérique possédant une gigue sous les 10 ps LMH. Cette thèse présente le développement d’une matrice de 256 circuits de lecture de photodiodes à avalanche monophotonique optimisés pour obtenir la meilleure résolution temporelle tout en intégrant un circuit de traitement numérique. Pour atteindre une résolution de 10 ps LMH, un système de correction des non-uniformités et des variations de délai de propagation de chaque pixel a été implémenté. Pour finir, cette recherche conclut sur l’implémentation d’un circuit d’asservissement pour stabiliser les performances du convertisseur temps-numérique pour les variations de tension d’alimentations et de température