RMD - Radon Mitigation and Dosimetry

Le radon 222 (²²²Rn) est un gaz noble radioactif naturellement présent dans la croûte terrestre. Par diffusion, il peut se retrouver dans l’air que nous respirons. Une concentration trop élevée dans un espace clos représente un véritable risque pour la santé.

En Suisse, le radon est considéré comme la source principale d’exposition aux rayonnements ionisants (3,3 mSv/an/personne) et serait responsable de 10% des cas de cancer du poumon en Europe, ce qui en fait la deuxième cause après le tabagisme.

Image: contribution moyenne à la dose en mSv/année/habitant en Suisse, avec un total de 6 mSv.

Cependant, en raison de sa nature inerte, le danger ne provient pas directement du radon lui-même, mais de ses produits de filiation (²¹⁸Po, ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi et ²¹⁴Po). En se désintégrant, le radon va produire d’autres éléments plus légers mais toujours radioactifs, qui vont ensuite interagir avec les aérosols en suspension dans l’air en raison de leur nature chimique. Ce sont ces radioéléments fixés sur des aérosols qui sont dangereux, car une fois inhalés, ils restent dans les poumons et créent des dommages cellulaires importants en se désintégrant à leur tour et en produisant une irradiation interne.

En collaboration avec BAQ Sàrl, nous avons conçu un purificateur d’air innovant destiné à filtrer l’air contaminé par les produits de filiation du ²²²Rn. Ce système intègre un dispositif d’aspiration générant un flux d’air dirigé vers des filtres.

Dans un premier temps, pour trouver le filtre idéal vis-à-vis des filles du ²²²Rn, une méthode a été développée pour mesurer un facteur de rétention F. Une enceinte hermétique de 200 litres contenant une concentration élevée en ²²²Rn (550 kBq/m3) a été conçue. L’air contaminé y circule dans un système mécanique imprimé en 3D, dans lequel est insérée une série de filtres identiques. Après exposition, les filtres sont analysés à l’aide d’une sonde de contamination surfacique afin d’évaluer leur niveau de radioactivité. Les données obtenues sont ensuite ajustées à l’aide d’une fonction issue de la résolution des équations différentielles de Bateman, permettant d’estimer la contribution respective des trois premiers descendants du ²²²Rn. Cette méthode a permis de tester différents types de filtres couramment utilisés dans les systèmes de ventilation des bâtiments, notamment les modèles des gammes G4 et F7.

La phase suivante du projet a consisté à évaluer les performances de filtration du prototype développé conjointement par BAQ Sàrl et HEPIA, dans une salle expérimentale à l’échelle réelle de 23 m³. Ce système de purification est doté d’un ionisateur qui favorise l’agglomération des aérosols en suspension, facilitant leur captation par les filtres. Pour intensifier la contamination, des aérosols ont été introduits artificiellement dans la salle à l’aide d’un générateur de particules. Avec une activité moyenne en ²²²Rn de 1000 Bq/m³, la dose efficace atteignait jusqu’à 12 µSv/h. En activant ainsi le système de filtration, nous avons pu réduire cette dose d’un facteur 8, la faisant passer de 12 à 1,5 µSv/h.

En parallèle des mesures expérimentales, des simulations CFD sont effectuées par le groupe de recherche Mécanique des fluides et aérodynamique, pour modéliser les filtres présents dans le dispositif expérimental et calculer leur capacité de rétention sur des aérosols de différentes tailles, allant de 10 à 1000 nm.

Image vignette: Simulation CFD et photo du prototype permettant de réduire la dose