Doctorant : AMESTOY Julien
Directeur : MESLIN Pierre-Yves (IRAP), BARATOUX David (GET/IRD)
Début de thèse : 2017
Groupe thématique : PEPS
La spectrométrie γ aéroportée est une technique de mesure efficace pour établir le bilan radiologique ponctuel d’un site. Son application à la surveillance environnementale et au suivi de la radioactivité naturelle nécessite une répétabilité temporelle des cartes de concentration de radionucléides dans le sol. Le caractère innovant de la présente étude repose sur l’acquisition couplée de spectres γ 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 a permis 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 γ 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 γ mesuré. La prise en compte de l’atténuation des rayons g en fonction de l’humidité, couplée 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 g 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 le rayonnement cosmique a permis d’éliminer leur influence sur le signal g 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 γ 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 γ 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 mesures de son évolution temporelle à partir de la spectrométrie γ peuvent ainsi être réalisées. Une procédure globale de correction (PASTHEL) 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, non présentes dans les cartes initiales, ce qui valide le protocole mis en place.