FR3101959A1 - Dispositif de mesure pour la caractérisation radiologique d’une zone géographique d’intérêt et procédés associés - Google Patents
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Abstract
Dispositif de mesure pour la caractérisation radiologique d’une zone
géographique
d’intérêt et procédés associés
L’invention concerne un dispositif de mesure (10) pour la caractérisation radiologique d’une zone géographique d’intérêt (12), le dispositif (10) comprenant :
- une perche (14), la perche (14) comprenant une extrémité inférieure (18) destinée à être en contact avec la zone géographique d’intérêt (12), la perche (14) délimitant au moins un volume interne (36),
- au moins une unité de mesure nucléaire (38), reçue dans l’au moins un volume interne (36), et configurée pour mesurer au moins une grandeur nucléaire,
- une unité de positionnement (52) configurée pour mesurer une position de la perche (14), l’unité de positionnement (52) comportant au moins une antenne (54) fixée sur la perche (14), pour la réception d’un signal de positionnement, la position de la perche (14) mesurée étant associée à l’au moins une grandeur nucléaire mesurée.
Figure pour l'abrégé : Figure 1
Description
La présente invention concerne en premier lieu un dispositif de mesure pour la caractérisation radiologique d’une zone géographique d’intérêt.
La mesure est typiquement une mesure nucléaire.
La mesure nucléaire est une technique qui consiste à mesurer des rayonnements produits par exemple par un matériau radioactif. Le matériau radioactif contient par exemple un ou plusieurs radionucléides naturels ou artificiels.
La mesure nucléaire permet d’obtenir une information relative à la nature du matériau radioactif comme la composition chimique et plus particulièrement la composition isotopique d’un élément donné, et une information relative à sa teneur.
La zone géographique d’intérêt est par exemple une mine à ciel ouvert. En variante, la zone géographique d’intérêt est un site industriel comportant des substances radioactives, comme un site industriel en démantèlement.
Dans le cas d’une mine à ciel ouvert, le matériau radioactif est du minerai d’uranium.
Une mesure nucléaire par comptage gamma permet par exemple d’obtenir une information relative à la concentration massique (ou teneur) en uranium de ce minerai.
Sur un site industriel, une mesure nucléaire par comptage gamma et/ou neutron permet d’obtenir une information relative à un niveau de contamination des structures de génie civil et de l’environnement de ces structures et également à la nature des radionucléides présents.
Dans les deux cas, il est nécessaire de caractériser avec précision le matériau radioactif afin de faciliter son traitement ultérieur, que ce soit pour le traitement en usine dans le cas du minerai d’uranium ou pour la décontamination dans le cas d’un site industriel en démantèlement. Ces mesures radiométriques sont généralement réalisées au moyen d’un compteur Geiger-Müller qui est instrument relativement lourd et encombrant et dont l’emploi fastidieux pour l’opérateur.
L’invention a pour but de proposer un dispositif de mesure qui permet de réaliser de manière fiable, précise et pratique une caractérisation radiologique in situ d’une zone géographique d’intérêt.
À cet effet, l’invention concerne un dispositif de mesure du type précité comprenant :
- une perche s’étendant principalement selon une direction principale, la perche comprenant une extrémité inférieure destinée à être en contact avec la zone géographique d’intérêt, la perche délimitant au moins un volume interne,
- au moins une unité de mesure nucléaire, reçue dans l’au moins un volume interne, et configurée pour mesurer au moins une grandeur nucléaire,
- une unité de positionnement configurée pour mesurer une position de la perche, l’unité de positionnement comportant au moins une antenne fixée sur la perche, pour la réception d’un signal de positionnement, la position de la perche mesurée étant associée à l’au moins une grandeur nucléaire mesurée.
Ainsi, grâce au dispositif selon l’invention, la caractérisation radiologique de la zone géographique d’intérêt est fiable et précise. À chaque mesure (nucléaire) est associée une position du dispositif. Ces informations sont stockées dans la mémoire de l’unité de stockage et peuvent être utilisées pour faciliter le traitement postérieur du matériau radioactif de la zone géographique d’intérêt. De plus, le dispositif selon l’invention est aisément déplaçable et manipulable par un utilisateur sur la zone géographique d’intérêt.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif selon l’invention comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la perche comprend une partie supérieure et une partie inférieure connectée de manière amovible à la partie supérieure, la partie inférieure comprenant l’au moins une unité de mesure nucléaire ;
- l’au moins une unité de mesure nucléaire comprend au moins un détecteur à scintillation et/ou une sonde de mesure neutrons ;
- le dispositif comprend en outre une unité d’émission radio destinée à transmettre vers un équipement de réception distant au moins la position mesurée et la mesure de la grandeur nucléaire et/ou une caractéristique nucléaire relative à la grandeur nucléaire mesurée ;
- le dispositif comprend une unité de stockage pour sauvegarder l’au moins une grandeur nucléaire et la position associée de la perche ;
- la perche et l’unité de stockage sont configurées pour communiquer de manière filaire ou sans fil avec l’unité de mesure nucléaire et l’unité de positionnement ;
- l’au moins une unité de mesure nucléaire comprend un détecteur à scintillation supérieur et un détecteur à scintillation inférieur, de préférence identiques, reçus dans l’au moins un volume interne, séparées l’un de l’autre selon la direction principale ;
- la perche a une forme sensiblement tubulaire, le ratio entre une dimension selon la direction principale et une dimension selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction principale étant compris entre 20 et 80.
- le dispositif comprend au moins une batterie connectée à l’au moins une unité de mesure nucléaire et à l’unité de positionnement pour l’alimentation desdites unités.
L’invention concerne également selon un deuxième aspect un procédé de caractérisation nucléaire d’une zone géographique d’intérêt en utilisant un dispositif tel que décrit plus haut, le procédé comprenant :
- mise en contact de l’extrémité inférieure de la perche avec la zone géographique d’intérêt,
- mesure d’une position de la perche en utilisant l’unité de positionnement,
- mesure d’au moins une grandeur nucléaire en utilisant l’au moins une unité de mesure nucléaire,
- association de la position de la perche mesurée avec l’au moins une grandeur nucléaire mesurée.
Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend une étape de caractérisation de l’hétérogénéité d’une partie de la zone géographique d’intérêt par la comparaison, pour une même position du dispositif, entre une première grandeur nucléaire mesurée par détecteur à scintillation supérieur et une deuxième grandeur mesurée par le détecteur à scintillation inférieur.
Enfin, selon un troisième aspect, l’invention concerne un procédé de tri du minerai d’une mine à ciel ouvert, le minerai occupant un volume prédéterminé, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- partitionnement du volume en une pluralité de sous-éléments,
pour chaque sous-élément :
- au moins une caractérisation nucléaire selon le procédé décrit ci-dessus, la zone géographique d’intérêt étant le sous-élément,
- détermination d’au moins une caractéristique nucléaire du sous-élément en utilisant l’au moins une grandeur nucléaire mesurée par l’au moins une unité de mesure nucléaire,
- extraction d’au moins une partie du sous-élément,
- entreposage de l’au moins une partie extraite en fonction de la caractéristique nucléaire.
Selon un mode de réalisation particulier, le procédé comprend pour chaque sous-élément, avant l’étape de détermination de la caractéristique nucléaire, une étape de comparaison de l’au moins une grandeur nucléaire mesurée avec au moins une grandeur nucléaire de référence.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et faite en se référant aux dessins parmi lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d’un dispositif selon l’invention, et
- la figure 2 est une représentation schématique d’un procédé de tri du minerai d’une mine à ciel ouvert selon l’invention.
Un dispositif de mesure 10 et plus particulièrement de mesure nucléaire pour la caractérisation radiologique d’une zone géographique d’intérêt 12, selon l’invention est représenté sur la figure 1.
La mesure nucléaire est une technique qui consiste à mesurer des rayonnements, par exemple gamma ou neutronique, émis par exemple par un matériau radioactif.
Le matériau radioactif contient par exemple un ou plusieurs radionucléides naturels ou artificiels.
Les radionucléides naturels comprennent par exemple le Thorium 232, le Potassium 40 ou l’Uranium 238.
Les radionucléides artificiels comprennent par exemple le Césium 137 ou le Cobalt 60.
La zone géographique d’intérêt 12 est par exemple une mine à ciel ouvert, par exemple une mine à ciel ouvert d’uranium.
En variante, la zone géographique d’intérêt 12 est un site industriel destiné à être démantelé, par exemple d’anciennes installations nucléaires de base (INB).
Le dispositif 10 selon l’invention comprend une perche 14 s’étendant principalement selon une direction principale P. Dans le reste de la description, cette direction principale correspond à la direction verticale lorsque la perche 14 est utilisée dans des conditions normales.
La perche 14 comprend ainsi une extrémité supérieure 16 et une extrémité inférieure 18 à l’opposé de l’extrémité supérieure 16, destinée à être en contact avec le sol 20 de la zone géographique d’intérêt 12 à inspecter (figure 2).
La perche 14 a typiquement une dimension selon la direction principale P comprise entre 1 m et 2 m, par exemple 2 m entre l’extrémité inférieure 18 et l’extrémité supérieure 16.
La perche 14 présente de préférence une forme tubulaire. Le diamètre de la perche 14 est par exemple compris entre 30 mm et 60 mm, par exemple 40 mm.
Le ratio entre la dimension selon la direction principale P et une dimension sensiblement perpendiculaire à la direction principale P est par exemple compris entre 20 et 80.
Par exemple, la perche 14 est en aluminium. En variante, au moins une partie de la perche 14 est en carbone, par exemple en fibres de carbone.
En variante encore, au moins une partie de la perche 14 est en matériau composite.
Ainsi, la préhension de la perche 14 est facilitée. La perche 14 peut être tenue par l’utilisateur 22 à l’aide d’une seule main.
La perche 14 comprend une zone de préhension 24 destinée à être saisie par un utilisateur 22. La zone de préhension 24 s’étend avantageusement sur une distance comprise entre 20 cm et 1,20 m depuis l’extrémité supérieure 16 de la perche 14. Ceci facilite la préhension du dispositif de mesure nucléaire 10 par l’utilisateur 22 peu importe la taille de l’utilisateur 22. Ainsi, l’utilisateur 22 debout peut facilement maintenir le dispositif de mesure 10 selon la direction verticale.
Préférentiellement, la perche 14 comprend un organe de préhension 26 fixé sur une paroi extérieure 28 de la perche 14. Ceci facilite encore la préhension du dispositif de mesure 10 et son déplacement sur la zone géographique d’intérêt 12. Avantageusement l’organe 26 de préhension est déplaçable le long de la paroi du corps de la perche 14 de sorte que l’utilisateur puisse le positionner de manière idéale par rapport à sa taille.
Préférentiellement, la perche 14 comprend un moyen de mesure de l’inclinaison 30 de la perche par rapport à la verticale, pour assurer la verticalité de la perche 14 lorsqu’elle est posée sur le sol 20 de la zone géographique d’intérêt 12. Par exemple le moyen de mesure de l’inclinaison 30 est un niveau à bulle.
Avantageusement, en variante ou en complément, le dispositif 10 comprend une unité de mise à niveau (non représentée) configurée pour autoriser/interdire l’acquisition d’une mesure avec le dispositif 10 selon la valeur de l’inclinaison du dispositif 10 par rapport à la verticale.
Pour faciliter son transport, la perche 14 est de manière préférentielle réalisée en deux parties tubulaires, à savoir une partie supérieure 32 et une partie inférieure 34 connectée de manière amovible à la partie supérieure 32. Par exemple, la partie inférieure 34 et la partie supérieure 32 sont fixées par vissage.
Les parties supérieure et inférieure 32, 34 présentent par exemple une dimension selon la direction principale P sensiblement égale.
De préférence, la partie supérieure 32 comprend la zone de préhension 24 et/ou l’organe de préhension 26.
La partie inférieure 34 définit au moins un volume interne 36.
Le dispositif 10 comprend au moins une unité de mesure nucléaire 38 configurée pour mesurer au moins une grandeur nucléaire.
L’unité de mesure nucléaire 38 comprend par exemple au moins un détecteur à scintillation 42.
L’unité de mesure 38 est avantageusement reçue dans l’au moins un volume interne 36. Ceci est particulièrement avantageux car l’unité 38 est protégée par la paroi extérieur 28 de la partie inférieure 34 de la perche 14. De plus, l’unité de mesure nucléaire 38 ne forme aucune saillie extérieure sur la perche 14, ce qui améliore encore la robustesse du dispositif de mesure nucléaire 10.
De plus, dans le cas où les parties inférieure et supérieur 34, 32 sont connectées de manière amovible, le dispositif 10 est modulable car différentes parties inférieures 34 comportant différentes unités de mesure nucléaire 38 peuvent être fixées à la partie supérieure 32 de la perche 14 selon le type de caractérisation nucléaire souhaitée.
L’au moins une unité de mesure nucléaire 38 est par exemple une unité de mesure gamma. L’au moins une unité de mesure 38 comprend au moins un détecteur à scintillation 42. L’au moins un détecteur à scintillation 42 est par exemple un détecteur à iodure de sodium (NaI). En variante, l’au moins un détecteur à scintillation 42 est un détecteur au bromure de lanthane (LaBr3) éventuellement dopé au césium ou à l’iodure de césium (CsI).
La grandeur nucléaire mesurée par l’unité de mesure 38 est ainsi par exemple un comptage gamma exprimé en coups par seconde, ou un débit de dose absorbé exprimé en nGy/h ou en Sv/h ou en ses multiples et sous multiples.
En variante, la grandeur nucléaire est par exemple une teneur en uranium. Par exemple, la teneur en uranium est déterminée à partir du comptage gamma en utilisant la formule T = K × C, avec T la teneur en uranium par exemple exprimée en ppm, K un facteur de calibration et C le comptage gamma en coups par seconde.
En variante, l’au moins une unité de mesure nucléaire 38 est une unité de mesure adaptée pour mesurer un rayonnement neutronique, un rayonnement alpha ou un rayonnement beta.
La fréquence d’échantillonnage de la grandeur nucléaire est de préférence comprise entre 0.25 Hz et 5 HZ, par exemple 1 Hz.
L’au moins un détecteur à scintillation 42 comprend un cristal 44 présentant un volume compris entre 10 ml et 50 ml, par exemple 25 ml. Le cristal 44 peut prendre n’importe quelle forme, par exemple de forme cubique, parallélépipédique ou cylindrique à section circulaire.
Avantageusement, comme visible sur la figure 1, l’unité de mesure nucléaire 38 comprend deux détecteurs à scintillation 42 : un détecteur à scintillation inférieur 46 et un détecteur à scintillation supérieur 48 espacés l’un de l’autre selon la direction principale P de la perche 14.
Le détecteur supérieur 46 et le détecteur inférieur 48 sont avantageusement identiques.
Le détecteur inférieur 48 est de préférence disposé à une distance comprise entre 5 cm et 15 cm, par exemple 10 cm par rapport à l’extrémité inférieure 18.
Le détecteur supérieur 48 est de préférence disposé à une distance comprise entre 0,8 m et 1,2 m par rapport à l’extrémité inférieure 18 de la perche 14, par exemple 1,0 m.
Ceci est particulièrement avantageux, car chacun des détecteurs 46, 48 présentent un champ de détection 46A, 48A différents.
Par « champ de détection », on entend le volume de l’espace de la zone géographique d’intérêt 12 contribuant à la mesure du détecteur 46, 48.
Le champ de détection 48A du détecteur supérieur 48 est supérieur au champ de détection 46A du détecteur inférieur 46.
De préférence, le dispositif 10 comprend en outre un système de blindage disposé autour du détecteur supérieur 48. Le système de blindage est par exemple formé par un cylindre de plomb. Le système de blindage permet de contraindre l’angle solide du champ de détection 48A du détecteur supérieur 48.
La partie inférieure 34 de la perche 14 comprend préférentiellement un embout amortissant 50 fixé sur l’extrémité inférieure 18.
L’embout 50 est par exemple en caoutchouc. L’embout 50 assure par ailleurs une fonction antidérapante.
Le dispositif de mesure nucléaire 10 comprend une unité de positionnement 52 configurée pour mesurer une position du dispositif 10. L’unité de positionnement 52 est connectée à l’au moins une unité de mesure nucléaire 38.
L’unité de positionnement 52 comprend au moins une antenne 54 fixée sur la perche 14, et plus particulièrement sur la partie supérieure 32 de la perche 14.
Par exemple, l’antenne 54 est fixée sur l’extrémité supérieure 16 de la perche 14 comme visible sur la figure 1.
L’unité de positionnement 52 est par exemple une unité de positionnement par satellites (ou GNSS en langue anglaise, pour Global Navigation Satellite System), de préférence par positionnement différentiel.
Dans ce mode de fonctionnement, l’unité de positionnement 52 utilise au moins une station fixe de référence qui transmet l’écart entre les positions indiquées par les satellites et leurs positions réelles connues. L’unité de positionnement 52 reçoit la différence entre les « pseudo-distances » mesurées par les satellites et les véritables pseudo-distances et corrige ainsi ses mesures de positions.
La précision de la mesure de position est avantageusement de 10 cm dans le plan horizontal et de 15 cm dans le plan vertical.
Le dispositif de mesure nucléaire 10 comprend en outre au moins une batterie 56 connectée à l’au moins une unité de mesure nucléaire 38 et à l’unité de positionnement 52 pour l’alimentation électrique desdites unités 38, 52.
De préférence, le dispositif 10 comprend au moins une batterie 56 disposée dans l’au moins un volume interne 36 de la partie supérieure 32 de la perche 14 pour l’alimentation de l’au moins une unité de mesure nucléaire 38, et pour l’alimentation de l’unité de positionnement 52.
En variante, l’unité de positionnement 52 comprend une antenne destinée à son alimentation électrique.
De préférence, l’au moins une batterie 56 est amovible. La batterie 56 est alors rechargée à l’aide d’un chargeur branché sur le réseau électrique.
En variante, le dispositif 10 comprend un module de charge (non représenté) permettant de recharger l’au moins une batterie 56 en connectant la perche 14 au réseau électrique et en laissant l’au moins une batterie 56 dans le volume interne 36.
Le dispositif de mesure nucléaire 10 comprend en outre une unité de stockage 58 comprenant une mémoire configurée pour sauvegarder l’au moins une grandeur nucléaire et la position associée du dispositif 10 fournie par l’unité de positionnement 52.
Comme représenté sur la figure 1, l’unité de stockage 58 qui ne fait pas partie intégrante de la perche, est configurée pour communiquer avec l’unité de positionnement 52 et avec l’au moins une unité de mesure nucléaire 38 par une liaison sans fil. La liaison sans fil est par exemple une liaison Bluethooth®, une liaison utilisant la technologie CCP (pour communication en champ proche, NFC pour Near Field Communication en langue anglaise), LoRa™ ou Wi-Fi.
En variante, l’unité de stockage 58 est par exemple reliée à l’unité de positionnement 52 et à l’au moins une unité de mesure nucléaire 38 par une liaison filaire. Le perche 14 peut ainsi comprendre une connectique, utilisant par exemple la norme USB, pour permettre la connexion d’un câble pour le transfert des données avec l’unité de stockage 58 ou pour recevoir un support de stockage amovible.
Avantageusement, le dispositif de mesure nucléaire 10 comprend une interface homme machine 60 connectée à l’unité de stockage 58. L’interface 60 est par exemple un dispositif d’affichage tactile permettant de déclencher la mesure de la grandeur nucléaire, de visualiser les grandeurs nucléaires et positions associées stockées dans la mémoire, etc…
De préférence, l’interface homme-machine 60 est équipée d’une application dédiée permettant d’afficher une carte préalablement chargée et de localiser ainsi en temps réel l’utilisateur dans la zone géographique d’intérêt 12 en cours d’exploitation.
De préférence encore, l’interface homme-machine 60 comprend un dispositif pour connecter l’interface 60 à un ordinateur (non représenté). La connexion est par exemple filaire ou sans fil.
Avantageusement, le dispositif de mesure nucléaire 10 (i.e. la perche 14 ou l’unité de stockage 58) comprend une unité d’émission radio 62 destinée à transmettre au moins la position mesurée par l’unité de positionnement 52 et la mesure de la grandeur nucléaire mesurée par l’au moins une unité de mesure nucléaire 38 et/ou une caractéristique nucléaire relative à la mesure de la grandeur nucléaire vers un équipement de réception distant 64. Dans l’exemple de la figure 1, l’unité d’émission radio 62 est disposée au niveau de l’extrémité supérieure 16 de la perche 14. Selon un autre mode de réalisation, l’unité d’émission radio 62 est disposée sur la paroi extérieure de la perche 14.
L’association entre la mesure de la position de la perche 14 et la mesure de la grandeur nucléaire (ou la caractéristique nucléaire) est par exemple effectuée au niveau de l’unité de positionnement 52, ou de l’unité de mesure nucléaire 38, ou encore au niveau de l’unité d’émission radio 62 ou au niveau de l’interface homme-machine 60.
La caractéristique nucléaire est par exemple une classe relative à une classification de la teneur en minerai. Par exemple, la classification comporte trois classes prédéfinies : « teneur élevée », « teneur basse » et « teneur intermédiaire ». Chacune des classes correspond par exemple à une gamme de teneur : entre 0 et 2 ‰ pour la catégorie « teneur basse », entre 2 ‰ et 4 ‰ pour la classe « teneur intermédiaire », et à une teneur supérieure à 4 ‰ pour la classe « teneur élevée ».
Bien entendu, le nombre de classes de la classification est variable. La classification comprend par exemple entre 2 et 10 classes.
Ces classifications permettent par exemple d’effectuer un tri du minerai pour l’usine de traitement. Le procédé de traitement du minerai est typiquement adapté selon la teneur moyenne en uranium du minerai et il est donc important de classer correctement le minerai provenant de la mine à ciel ouvert comme nous le verrons plus loin.
Un procédé de caractérisation nucléaire d’une zone géographique d’intérêt 12 en utilisant un dispositif de mesure nucléaire 10 tel que mentionné plus haut va maintenant être décrit.
Le procédé comprend tout d’abord une étape de mise en contact de la partie inférieure 34 de la perche 14 avec le sol 20 de la zone géographique d’intérêt 12.
La perche 14 est par exemple maintenue par l’utilisateur 22 sensiblement selon la direction verticale à l’aide du niveau à bulle 30.
En variante (non représenté), la perche est maintenue par l’utilisateur 22 sensiblement selon la direction horizontale sensiblement perpendiculaire à la direction verticale pour par exemple effectuer des mesures sur une paroi verticale, telle qu’un mur.
Le procédé comprend alors la mesure d’une position du dispositif 10 en utilisant l’unité de positionnement 52 et la mesure d’au moins une grandeur nucléaire en utilisant l’au moins une unité de mesure nucléaire 38.
Ces deux mesures ont lieu indifféremment l’une avant l’autre ou de manière sensiblement concomitante.
De préférence, le procédé comprend en outre le stockage dans l’unité de stockage 58 de la position mesurée et de l’au moins une grandeur nucléaire et/ou d’une caractéristique nucléaire relative à la mesure de la grandeur nucléaire.
Avantageusement, le procédé comprend une étape de caractérisation de l’hétérogénéité d’une région de la zone géographique d’intérêt 12 par la comparaison, pour une même position du dispositif 10, entre une première grandeur nucléaire mesurée par le détecteur supérieur 48 et une deuxième grandeur mesurée par le détecteur inférieur 46.
En effet, comme mentionné plus haut, le champ de détection 48A, 46A des détecteur supérieur 48 et détecteur inférieur 46 est différent. Le champ de détection 48A du détecteur supérieur 48 est supérieur au champ de détection 46A du détecteur inférieur 46.
Aussi, dans le cas où la grandeur nucléaire est la teneur en uranium et que le détecteur à scintillation supérieur 48 et le détecteur à scintillation inférieur 46 sont semblables, si la première grandeur nucléaire est sensiblement similaire à la deuxième grandeur nucléaire, cela signifie que la région de la zone géographique d’intérêt 12 autour du dispositif de mesure 10 est relativement homogène en termes de teneur en élément radioactif. La région de la zone géographique d’intérêt 12 correspond sensiblement à un disque au sol centré sur le détecteur supérieur 48 et correspondant à la base du champ de détection 48A conique du détecteur supérieur 48.
À l’inverse, si la première grandeur et le deuxième grandeur nucléaire sont différentes, ceci signifie que la région de la zone géographique d’intérêt 12 autour du dispositif de mesure 10 est hétérogène.
Dans le cas où la grandeur nucléaire est le comptage gamma, que le détecteur à scintillation supérieur 48 et le détecteur à scintillation inférieur 46 sont semblables, et que la zone géographique d’intérêt 12 autour du dispositif de mesure 10 est relativement homogène en termes de teneur en élément radioactif, le ratio entre la première grandeur nucléaire et la deuxième grandeur nucléaire est relié au ratio entre la distance au sol du détecteur supérieur 48 et la distance au sol du détecteur inférieur 46 par la relation : C1/C2 = α × h1/h2, avec C1 le comptage gamma mesuré par le détecteur supérieur 48, C2 le comptage gamma mesuré par le détecteur inférieur 46, α une constante, h1 et h2 les hauteurs par rapport au sol respectivement du détecteur supérieur 48 et du détecteur inférieur 46.
Un procédé de tri du minerai d’uranium d’une mine à ciel ouvert à l’aide d’un dispositif de mesure nucléaire 10 tel que mentionné plus haut va maintenant être décrit.
Généralement, avant d’exploiter une mine à ciel ouvert, une modélisation du volume de minerai exploitable est réalisée à partir de mesures radiométriques faites dans des premiers trous de sondage (non représentés).
Les mesures radiométriques dans les premiers trous de sondage permettent de connaître la teneur moyenne en uranium en fonction de la profondeur. Elles s’effectuent par exemple en déplaçant un détecteur à scintillation dans le trou de sondage.
Les premiers trous de sondage présentent par exemple une profondeur comprise entre 0 et 100 m, typiquement 60 m. Les premiers trous de sondage sont espacés de préférence d’une distance comprise entre 10 m et 100 m, par exemple 25 m.
Après retrait des terrains superficiels stériles, de nouvelles mesures radiométriques sont généralement réalisées dans des deuxièmes trous de sondages appelés « trous de tir ». La distance entre les deuxièmes trous de sondage est inférieure à la distance entre les premiers trous de sondage. Par exemple, la distance entre les deuxièmes trous de sondage est égale à 5 m.
Le sol de la zone géographique d’intérêt 12 est ensuite ébranlé en utilisant des explosifs par panneaux 66 successifs. Les panneaux 66 ont par exemple une dimension de 50 m par 50 m et 6 m d’épaisseur (figure 2).
Le volume occupé par le minerai d’un panneau 66 est ensuite ainsi partitionné en une pluralité de sous-éléments 68. Par exemple, les sous-éléments 68 présentent une dimension de 5 m par 5 m sur 0,5 m. C’est à l’échelle de chacun des sous-éléments 68 que s’effectue le tri.
Pour ce faire, l’utilisateur 22 effectue au moins une caractérisation nucléaire à l’aide du procédé décrit plus haut. Il obtient ainsi au moins une grandeur nucléaire relative au sous-élément 68 et au moins une position du dispositif 10.
Par exemple, l’utilisateur 22 se place sensiblement au centre du sous-élément 68 pour effectuer la caractérisation nucléaire. Il utilise par exemple la grandeur nucléaire mesurée par le détecteur supérieur 48 du dispositif 10.
En variante, l’utilisateur 22 observe visuellement que le sol du sous-élément 68 est hétérogène, par exemple à partir de la couleur du minerai. Dans ce cas, l’utilisateur 22 effectue plus localement au moins une mesure d’une grandeur nucléaire en utilisant le détecteur inférieur 46 qui présente un champ de détection 46A plus limité comparé à celui du détecteur supérieur 48. Le détecteur inférieur 46 est ainsi plus adapté pour la caractérisation d’une zone hétérogène de dimension plus limitée, inférieure à la dimension d’un sous-élément 68.
Avantageusement, l’utilisateur 22 compare l’au moins une grandeur nucléaire mesurée pour le sous-élément 68 avec une grandeur nucléaire de référence.
La grandeur nucléaire de référence est par exemple la grandeur obtenue par la modélisation réalisée avec les mesures radiométriques réalisées dans les premiers et/ou deuxièmes trous de sondage.
La comparaison est facilitée car la mesure de la position du dispositif 10 permet à l’utilisateur 22 de savoir précisément où il se trouve sur la zone géographique d’intérêt 12.
L’utilisateur 22 détermine alors au moins une caractéristique nucléaire du sous-élément 68 en utilisant l’au moins une grandeur nucléaire.
Comme mentionné plus haut, la caractéristique nucléaire est par exemple une classe relative à la teneur en uranium du minerai : « teneur basse », « teneur intermédiaire », « teneur élevée ».
La position du dispositif 10, l’au moins une grandeur nucléaire et/ou l’au moins une caractéristique nucléaire sont avantageusement envoyées à au moins un équipement de réception distant 64 en utilisant l’unité d’émission radio 62 du dispositif 10.
Par exemple, l’au moins un équipement de réception distant 64 est une pelleteuse et/ou un camion-benne.
La ou les équipements de réception distants 64 se déplacent vers le sous-élément 68 ou une partie du sous-élément 68.
Le procédé comprend alors l’extraction d’au moins une partie du sous-élément 68.
Si le sous-élément 68 est relativement homogène, la totalité du volume du sous-élément 68 est extraite.
La partie extraite est ensuite entreposé en fonction de la caractéristique nucléaire.
Par exemple, la partie extraite est entreposée dans le camion-benne en fonction de la caractéristique nucléaire. Le procédé est répété pour chacun des sous-éléments 68.
Ainsi, un même camion-benne comprend un minerai présentant la même caractéristique nucléaire et issus d’une pluralité de sous-éléments 68.
Le minerai est ainsi trié de manière optimale pour le traitement en usine grâce au dispositif de mesure nucléaire 10. Le procédé est particulièrement avantageux car l’extraction et la caractérisation nucléaire des sous-éléments 68 peuvent être réalisées indépendamment l’une de l’autre. En effet, l’équipement de réception distant 64 reçoit l’information relative à la position du dispositif 10, à la grandeur nucléaire et/ou à la caractéristique nucléaire, et ainsi peut agir de manière autonome par rapport à l’utilisateur 22, qui peut lui poursuivre de son côté la caractérisation nucléaire des autres sous-éléments 68.
Selon un mode de réalisation non représenté, l’unité de positionnement 52 et l’unité de mesure nucléaire 38 sont connectés à un module de connexion intermédiaire. Le module de connexion intermédiaire permet par exemple d’associer la mesure de la position de la perche 14 avec la mesure de la grandeur nucléaire mesurée par l’unité de mesure nucléaire 38 (ou la caractéristique nucléaire). Le module de connexion intermédiaire est avantageusement connecté à l’unité d’émission radio 62.
Claims (11)
- Dispositif de mesure (10) pour la caractérisation radiologique d’une zone géographique d’intérêt (12), le dispositif (10) comprenant :
- une perche (14) s’étendant principalement selon une direction principale (P), la perche (14) comprenant une extrémité inférieure (18) destinée à être en contact avec la zone géographique d’intérêt (12), la perche (14) délimitant au moins un volume interne (36),
- au moins une unité de mesure nucléaire (38), reçue dans l’au moins un volume interne (36), et configurée pour mesurer au moins une grandeur nucléaire,
- une unité de positionnement (52) configurée pour mesurer une position de la perche (14), l’unité de positionnement (52) comportant au moins une antenne (54) fixée sur la perche (14), pour la réception d’un signal de positionnement, la position de la perche (14) mesurée étant associée à l’au moins une grandeur nucléaire mesurée, la perche (14) comprenant une partie supérieure (32) et une partie inférieure (34) connectée de manière amovible à la partie supérieure (32), la partie inférieure (34) comprenant l’au moins une unité de mesure nucléaire (38). - Dispositif (10) selon la revendication 1, dans lequel l’au moins une unité de mesure nucléaire (38) comprend au moins un détecteur à scintillation (42) et/ou une sonde de mesure neutrons.
- Dispositif (10) selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre une unité d’émission radio (62) destinée à transmettre vers un équipement de réception distant (64) au moins la position mesurée et la mesure de la grandeur nucléaire et/ou une caractéristique nucléaire relative à la grandeur nucléaire mesurée.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant une unité de stockage (58) pour sauvegarder l’au moins une grandeur nucléaire et la position associée de la perche (14).
- Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la perche (14) et l’unité de stockage (58) sont configurées pour communiquer de manière filaire ou sans fil avec l’unité de mesure nucléaire (38) et l’unité de positionnement (52).
- Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendication 1 à 5, dans lequel l’au moins une unité de mesure nucléaire (38) comprend un détecteur à scintillation supérieur (48) et un détecteur à scintillation inférieur (46), de préférence identiques, reçus dans l’au moins un volume interne (36), séparées l’un de l’autre selon la direction principale (P).
- Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la perche (14) a une forme sensiblement tubulaire, le ratio entre une dimension selon la direction principale (P) et une dimension selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction principale (P) étant compris entre 20 et 80.
- Procédé de caractérisation radiologique d’une zone géographique d’intérêt (12) en utilisant un dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, le procédé comprenant :
- mise en contact de l’extrémité inférieure (18) de la perche (14) avec la zone géographique d’intérêt (12),
- mesure d’une position de la perche (14) en utilisant l’unité de positionnement (52),
- mesure d’au moins une grandeur nucléaire en utilisant l’au moins une unité de mesure nucléaire (38),
- association de la position de la perche (14) mesurée avec l’au moins une grandeur nucléaire mesurée. - Procédé de caractérisation selon la revendication 8 avec le dispositif (10) selon les revendications 7 ou 8, le procédé comprenant une étape de caractérisation de l’hétérogénéité d’une partie de la zone géographique d’intérêt (12) par la comparaison, pour une même position du dispositif (10), entre une première grandeur nucléaire mesurée par détecteur à scintillation supérieur (48) et une deuxième grandeur mesurée par le détecteur à scintillation inférieur (46).
- Procédé de tri du minerai d’uranium d’une mine à ciel ouvert, le minerai occupant un volume prédéterminé, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- partitionnement du volume en une pluralité de sous-éléments (68),
pour chaque sous-élément (68) :
- au moins une caractérisation nucléaire selon le procédé de la revendication 8 ou 9, la zone géographique d’intérêt étant le sous-élément (68),
- détermination d’au moins une caractéristique nucléaire du sous-élément (68) en utilisant l’au moins une grandeur nucléaire mesurée par l’au moins une unité de mesure nucléaire (38),
- extraction d’au moins une partie du sous-élément (68),
- entreposage de l’au moins une partie extraite en fonction de la caractéristique nucléaire. - Procédé selon la revendication 10, comprenant pour chaque sous-élément (68), avant l’étape de détermination de la caractéristique nucléaire, une étape de comparaison de l’au moins une grandeur nucléaire mesurée avec au moins une grandeur nucléaire de référence.
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| FR1911271A FR3101959B1 (fr) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | Dispositif de mesure pour la caractérisation radiologique d’une zone géographique d’intérêt et procédés associés |
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