LES APPORTS DES TECHNIQUES NUCLEAIRES

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2 S.T.C.P.M.V.N. ER QG n Mars 1995 RAPPORT D'ETUDES ET RECHERCHES LES APPORTS DES TECHNIQUES NUCLEAIRES A LA SEDIMENTOLOGIE DYNAMIQUE BILAN ET REFERENCES AUTEUR: Alain CAILLOT - CEA Direction des Technologies Avancées VU, LE CHEF DU SERVICE Diffusion N P. MaNADIER

3 OTA Service d'application des Radioéléments LES APPORTS DES TECHNIQUES NUCLEAIRES A LA SEDIMENTOLOGIE DYNAMIQUE BILAN ET REFERENCES Alain CAILLOT Chargé mission Direction des Technologies Avancées Centre d'etudes de Saclay GIF-SUR-YVETTE CEDEX Tél Fax. 69.0S.xx.xx

4 Avant-propos L'utilisation de techniques nucléaires dans les études sédimentologiques a fait l'objet de travaux et de publications scientifiques depuis une quarantaine d'années en France où le Commissariat à l'energie Aton1ique (C.E.A.) y a joué un rôle éminent. A quarante ans, ces techniques ont maintenant atteint leur maturité' mais elles restent mal connues des ingénieurs et techniciens des Services Extérieurs du Ministère de l'equipement. La conception et la mise en oeuvre de campagnes de mesure et d'expérimentations utilisant ces techniques restent une affaire délicate qui suppose de réunir des compétences fortes à la fois dans le don1aine de la sédimentologie et dans celui des techniques nucléaires. Le rapport établi par Monsieur Alain Caillot, spécialiste de ces questions à la Direction des Technologies Avancées du C.E.A., en présentant dans un document pédagogique et synthétique les domaines d'application, les principes physiques, des applications opérationnelles et des références complètes classées par thème constitue, de notre point de vue, un outil très appréciable. Le STCPMVN remercie donc le C.E.A. et plus particulièrement Monsieur Alain Caillot de cette possibilité de diffuser une connaissance qu'il espère utile aux ingénieurs et techniciens du Ministère. Pierre Manadier Ingénieur en Chef des Ponts et Chaussées Chef du Service Technique Central des Ports Maritimes et des Voies Navigables

5 LES APPORTS DES TECHNIQUES NUCLEAIRES A LA SEDIMENTOLOGIE DYNAMIQUE BILAN ET REFERENCES Alain CAILLOT

6 SOMMAIRE 1. INTRODUCTION 2. LA RADIOACTIVITE NATURELLE 2.1. Principe 2.2. Exemples d'utilisation 2.3. Commentaires 3. LES TRACEURS RADIOACTIFS 3.1. Principe 3.2. Les traceurs radioactifs 3.3. L'introduction des traceurs dans le milieu 3.4. Détections 3.5. Les informations obtenues 3.6. Quelques exemples d'utilisation Etude systématique de sites (8 1 à 8 11) Etude d'un cas particulier Etude du rejet des produits de dragage (DR 1 à DR 5) Recyclage des produits de dragage Etudes présentant un caractère général Transports solides en régime torrentiel Etude des rejets sous forme particulaire Emploi de traceurs radioactifs en modèle physique à fond mobile 3.7. Commentaires 4. LES CAPTEURS RADIOMETRIQUES 4.1. Principales caractéristiques 4.2. Exemples de jauges nucléaires Les appareils de terrain Les appareils de laboratoire 4.3. Commentaires CONCLUSIONS REFERENCES LISTE DES THESES LISTE DES ARTICLES THEORIQUES DOCUMENTS DE BASE LISTE DES ARTICLES CONSACRES A DES REJETS DE DRAGUE OU AUTRES

7 LISTE DES ARTICLES GENERAUX LISTE DES ARTICLES CONSACRES A LA RADIOACTIVITE NATURELLE LISTE DES ARTICLES CONSACRES AU MARQUAGE LISTE DES ARTICLES CONSACRES A DES ETUDES DE SITE LISTE DES ARTICLES CONSACRES A DES ETUDES DANS UN ESTUAIRE LISTE DES ARTICLES CONSACRES AU TRANSPORT DES GALETS LISTE DES ARTICLES CONSACRES A DES ETUDES EN MODELE LISTE DES ARTICLES CONSACRES A DES JAUGES NUCLEAIRES

8 INTRODUCTION Bien qu'ayant une grande importance économique en raison du coût des ouvrages et des travaux qu'ils imposent pour lutter contre leurs nombreuses nuisances : comblement des retenues, difficultés de fonctionnement des dispositifs évacuateurs, impact de opérations de vidange, érosion du littoral, travaux de dragage, rejet de toutes sortes dans le milieu aquatique de polluants particulaires, etc., les transports sédimentaires sous l'action des courants et des houles sont mal connus. Même en faisant appel aux théories les plus élaborées, la mécanique des fluides est encore actuellement impuissante à résoudre les problèmes posés en utilisant uniquement des équations: l'expérimentation et les mesures doivent toujours intervenir à un moment ou à un autre, en nature et en modèle physique. Or le manque de moyens de mesure entrave la réflexion sur les processus physiques des transports solides et, a fortiori, sur l'estimation de leur intensité. C'est pourquoi les techniques nucléaires se sont progressivement perfectionnées au fil des années, car elles offrent, grâce aux propriétés spécifiques de la radioactivité, des avantages précieux: - mesures directes des traceurs en nature et en modèle physique, - mesures lagrangiennes des déplacements, - mesures en continu des turbidités, même au travers d'une paroi opaque. Ces techniques se sont progressivement développées, sans suivre un programme rigoureux mais de manière pragmatique en essayant de satisfaire les demandes d'utilisateurs : ports français et étrangers, laboratoires d'hydrauliques, directions départementales d'équipement, universités, service technique central de la direction des ports maritimes, IFREMER mais aussi des organismes internationaux comme l'agence Internationale de l'energie Atomique. Aujourd'hui, quarante ans après les premiers essais, il est possible de dresser un bilan : il s'appuie sur plus de trois cents expériences diverses faites en France et à l'étranger. De nombreuses publications ou communications dont dix thèses (Th 1 à Th 10), sur les principes généraux de ces méthodes en rendent inutile ici un exposé détaillé. Mais ce bilan tient aussi compte des résultats non publiés. Les spécialistes distinguent trois domaines (tableau 1) : - la radioactivité naturelle, - les traceurs, - les capteurs radiométriques ou jauges nucléaires.

9 !::::i!:!!!::::~~â:i:g:~:~iî'j~~~:iu::!!!i:!!:iii Triages si turbidité :::::\):Hâhnêüè:''':/H?:}: granulométriques ~10 gll ~ en Mesures de la c. o répartition des dépôts 3-1 sur fond sableux ~, > :::J te CD ï en Mesure des Etude des recyclages c.> transports solides et des rejets sédimentation dragages ~~ :Î"tâWê:û:ti:'::fiâ:i:ââêi:itji[:::::: Mesure de la dilution Etude de la remise en ::':~#I~t~l:~~~:I~~~':y~;~~~,!':: de la dispersion et de la suspension par les r::.- c /:~l~yy~.~:.p~"hç:9.j~~?) (Mesure hauteur Détermination de la Remplissage des puits si turbidité > 1 gll si turbidité> 1 gll :::J des rides) profondeur navigable de drague in' ~... ëi' m N

10 -3 2. LA RADIOACTIVITE NATURELLE 2.1. Principe Notre environnement contient de nombreux radionucléides d'origines terrestres et cosmiques. Mais seuls sont détectables dans les sédiments le potassium 40, l'uranium 235 et 238 et le thorium 232. L'utilisation pacifique (réacteurs, usines de retraitement) ou militaire dans l'atmosphère de l'énergie nucléaire a introduit d'autres radionucléides d'origine artificielle tels que césium 134 et 137, cobalt 58 et 60, etc. Tous ces éléments sont inégalement répartis dans les sédiments: à poids égaux, les particules fines sont plus radioactives que les sables. Par exemple les vases inférieures à 0,04 mm contiennent 3 à 4 fois plus d'uranium, de thorium et de potassium que les sables moyens de 0,2 à 0,3 mm. C'est également le cas avec les polluants radioactifs Exemples d'utilisation pour: Cette disparité entre les matériaux très fins et plus grossiers est mise à profit - étudier le triage granulométrique qui se forme à l'embouchure d'une rivière (RN 1), - déterminer la répartition d'un dépôt de produits de dragage sur des fonds sableux comme cela a été fait (résultats confidentiels) pour les ports de Rotterdam et de Nantes-Saint-Nazaire (RN 2), - dresser la carte lithologique d'un littoral comme celui de la Belgique (Th 11), - localiser dans un estuaire les interfaces eau douce - eau salée où se produit, par échange d'ions, la remise en solution d'éléments radioactifs fixés sur les particules qui forment le bouchon vaseux (Th 5) (RN 4), - estimer les taux de sédimentation dans les lacs en mesurant la répartition verticale du césium 137 dans les carottes sédimentaires, - mesurer la quantité de matières en suspension (MES) si celles-ci dépassent plusieurs grammes par litre. Cette méthode simple, puisqu'un détecteur de rayonnement suffit, est cependant lente (3 à 4 mesures à l'heure) (RN 3) (RN 5).

11 Commentaires L'emploi de ces procédés a le grand avantage de ne pas nécessiter l'introduction de radioactivité dans le milieu. Cependant le plus souvent, ils ne conduisent qu'à des résultats qualitatifs (sauf pour la détermination des MES) ne pouvant être interprétés que par des spécialistes très avertis. Enfin, des analyses par un laboratoire performant sont toujours indispensables pour compléter les mesures sur site. 3. LES TRACEURS RADIOACTIFS 3.1. Principe La notion de traceur (8 1) appartient au sens commun : dans la zone à étudier, on introduit un sédiment marqué par un radionucléide convenablement sélectionné tout en respectant un certain nombre d'impératifs concernant la sécurité. Puis au moyen de détecteurs de rayonnement tractés par une embarcation, on détermine les déplacements du nuage formé par les particules radioactives en fonction de l'espace et du temps. Les résultats quantitatifs (Th 1, Th 13) sont ensuite interprétés en fonction des paramètres hydrométéorologiques enregistrés par ailleurs (G 1 à G 16). Les informations recueillies sont globales (on dit que la méthode est intégratrice) et généralement il n'est pas possible de déterminer les paramètres fondamentaux tels que la vitesse critique d'entraînement ou la rugosité des fonds, etc Les traceurs radioactifs Les spécialistes disposent (8 4, 8 5) d'un grand nombre de radionucléides qui leur permettent d'aborder différents problèmes sédimentologiques en nature ou en laboratoire d'hydraulique qui concernent aussi bien les très fines particules que les galets (M 1, M 2). Le tableau 2 en donne les principales caractéristiques ainsi que les activités généralement mises en jeu lors de la réalisation de ces expériences, et qui sont inférieures aux activités maximales autorisées. D'une manière schématique, on peut dire que: - Les galets, supérieurs à 5 cm de diamètre, sont marqués individuellement par une source radioactive formée par un fil métallique: iridium 192 ou tantale 182 ou argent 110.

12 -5 - Les sables, de 0,040 à 2,5 mm de diamètre, sont simulés par des verres spéciaux ayant une densité de l'ordre de 2,65. Leur distribution granulométrique est choisie identique à celle des sédiments naturels en place sur le site ou bien elle représente une fraction connue de ceux-ci. Ces verres ainsi préparés sont rendus radioactifs après un court séjour dans un réacteur nucléaire. - Les vases ou sédiments cohésifs inférieurs à 0,04 mm de diamètre sont marqués directement par chimisorption au moyen de solutions radioactives. Les réactions physico-chimiques sont sélectionnées et conduites de telle sorte que les comportements hydrodynamiques des sédiments ainsi marqués restent identiques à ceux des sédiments naturels, lorsque l'un et l'autre sont placés dans les mêmes conditions de transport ou de sédimentation. Au laboratoire d'hydraulique (MOO 2), il devient habituel d'utiliser des générateurs d'isotopes, systèmes automatiques et protégés qui permettent d'obtenir aisément une solution radioactive au moment de son emploi. Ces dispositifs sont journellement employés en médecine nucléaire L'introduction des traceurs dans le milieu Les quantités nécessaires rrh 12, Th 14) au bon déroulement d'une expérience de traceurs sont faibles: 200 galets par site; 0,25 à 1 kg de verre radioactif; 5 à 15 litres de suspension de vase à 200 gll sont généralement suffisants. Ceci facilite la manipulation des produits sur le site, leur immersion et surtout leur intégration rapide au milieu. L'introduction de sédiments-traceurs peut s'effectuer soit par dépôt sur les fonds, soit par création d'un nuage de particules en suspension en simulant un rejet, soit par mélange avec des sédiments fîns dans un puits de drague avant de procéder aux opérations de rejet Détections Les détecteurs de rayonnement du type océanographique, utilisant des scinthlateurs (8 4), sont à la fois sensibles et résistants. L'électronique de mesure embarquée est portative et autonome : ces ensembles permettent d'entreprendre des expériences dans des pays lointains et avec des moyens nautiques limités. Ces capteurs sont placés à la remorque d'une embarcation de dimensions modestes (15 à 20 m de longueur) soit sur le fond (mesure de charriage), soit en suspension (étude des rejets). Dans ce dernier cas, les détecteurs sont associés à des capteurs de pression donnant la profondeur d'immersion. La position du bateau est relevée chaque minute par un système de radiolocalisation.

13 99mTd1) 1 133In(1) 1 198Au 147Nd 51Cr Hf r 46Sc 182Ta 65Zn 110Ag ~G~~~l~~I~I~~~I!!~ ~il~!~~i~i~îi~!ii!i ~: '!i~~~~~~ïi'~~~i!;;i!i Rappel: 1 Ci =3, Becquerel. 6 h min 1 2,7 j 11 j 27j 140 et 70 j 1 74 j 84 j 111 j 245j 253 j Spectre 1 0,14 0,39 0,41 0,32 Spectre 1 Spectre 109 t Spectre 1 Spectre 1 Spectre ~ (1) cornplexe (9 % d'émission) complexe complexe,e, complexe complexe complexe x x x x x (2) (3) en X X 1 X X 1 X 0' :s c X X X mci(4) 0,1 mci 0,1 mci en r à à 1 à 3 Ci 110 à 20 Ci 1 à 5 Ci 1 à 3 Ci 1 à 9 Ci par galet 1 à 5 Ci par galet 100 mci(4) 25 mci(4) a~ 5 à 9 Ci ~C (1), t\) en (1) :s en (1), 0. c 0. (1) DJ 0. (') o.»... (1) Dl 3' (1) a o ë cc (D' (1) Disponibles sous forme de g~nêrateurs d'isotopes. (2) Traceur de l'eau sous forme de pertechn~tate de sodium. (3) Traceur de l'eau sous forme de complexe EDTA. (4) Au laboratoire d'hydraulique. (5) Ve"es activables dont la densitê (2,65 à 2,7) et la dimension des particules sont Identiques à cel/es des sables naturels dont on veut ~tudier les mouvements. 0>

14 Les informations obtenues L'interprétation des mesures conduit à un lot de résultats qualitatifs et quantitatifs : - Pour les déplacements sédimentaires sur les fonds: la ou les directions du mouvement, les vitesses maximales et moyennes des déplacements horizontaux, la quantité de sédiments transférés par charriage, la remise en suspension ou le recouvrement éventuel. - Pour les déplacements sédimentaires de suspensions artificiellement rejetées dans le milieu (rejets industriels ou urbains, produits de dragage) : l'excursion et la dérive; direction, vitesse horizontale, les coefficients de dispersion longitudinaux et transversaux, le taux de dilution en fonction du temps et de la distance parcourue par le nuage, la vitesse moyenne de sédimentation des particules,. la quantité de matière déposée sur les fonds Quelques exemples d'utilisation La méthode des traceurs en nature est utilisée pour réaliser aussi bien des études de site mais aussi des études à caractère général. Trop nombreuses, elles ne sont pas toutes citées: voir les références bibliographiques à la fin de cet article Etude systématique de sites (8 1 à 8 11) - Port et littoral de Zeebrugge (Belgique) (S 7). - Baie de Seine (S 10). - Cap Breton (S 11) Etude d'un cas particulier Résultante du transport solide sous les actions alternées des flots et des jusants dans l'estuaire de la Seine, près de Honfleur (E 5). Ces essais effectués dans le chenal de navigation avaient pour objectif de déterminer, pour un faible débit fluvial (300 m 3 /s), le début d'entraînement, le transport avec début de remise en suspension puis le transport en suspension généralisée de particules de traceurs identiques au : d so = 0,175 mm et d go = 0,260 mm des sédiments en place, en fonction des courants engendrés par les marées en période de revif (coefficient de marée variant de 37 à 114). Dans ces conditions, les vitesses des courants de flot sont supérieures à celles du jusant, notamment lorsque le coefficient de marée dépasse 80. Les différences de vitesse entre la surface et le fond sont faibles en flot et beaucoup plus importantes en jusant. Ceci est illustré par le tableau suivant qui donne les vitesses maximales en fonction du coefficient de marée.

15 -8 0,60 mis 1,1 mis 1,4 mis 0,80 mis 1,40 mis 1,8 mis 0,4 mis 0,7 mis 0,9 mis 1 mis 1,4 mis 1,7 mis Il faut une vitesse critique d'entraînement U. (3,5 cm/s) trois fois supérieure à celle de début d'entraînement pour obtenir une remise en suspension de 40 % des particules de 0,175 mm. Cette vitesse d'entraînement doit dépasser 4,8 cmls pour obtenir le même effet avec des particules de 0,26 mm. Le transport sédimentaire devient franchement généralisé (90 % de remise en suspension) lorsque les courants de marée atteignent 0,9 mis (pour les particules de 0,17 mm) et 1,1 mis (pour des sables de 0,26 mm). Les résultats obtenus avec les traceurs radioactifs sont en bon accord avec les données théoriques de l'équation d'einstein. La conséquence est que le transport solide par charriage, dans ces conditions expérimentales, est très supérieur en vives-eaux à celui existant en mortes-eaux et se produit sous l'effet prédominant des courants de flot Etude du rejet des produits de dragage (DR 1 à DR 5) - Port du Havre et d'antifer. - Port de Zeebrugge (S 7). - Port de Singapour (DR 2) Recyclage des produits de dragage Les matériaux rejetés au large, à 18 km de la côte par des fonds de -15 m, reviennent à plus des 2/3 et rapidement (moins de 100 jours) à la côte sous l'action des courants de marée puis participent au transit littoral avant de se redéposer dans les eaux calmes des bassins portuaires. Ce recyclage a été mis en évidence en utilisant des éléments radioactifs (hafnium et terbium) n'existant pas dans la nature. Certaines mesures, en laboratoire spécialisé, ont été faites après une dilution de

16 Etudes présentant un caractère général - Etude du mécanisme bouchon-vaseux - crème de vase dans un estuaire. L'expérience en vraie grandeur prouve la circulation dans le temps et l'espace de la masse sédimentaire dans un estuaire (E 1) (E 3) voir aussi (E 2, E 5, Th 6, Th 7). - Etude de l'action de la houle sur les transports sédimentaires. Des traceurs de dimensions différentes, identiques soit au dso %' soit au d go % des sédiments naturels en place, ont été déposés à des profondeurs comprises entre -6 et -22 m perpendiculairement à la côte des Landes. Leurs mouvements ont été relevés après chaque période de mauvais temps d'octobre à janvier, tandis que les conditions hydrométéorologiques étaient enregistrées. Ainsi il a été possible de vérifier l'existence d'une relation entre la quantité de sédiments transportés et l'énergie cumulée de la houle calculée à partir de ses paramètres : (1) qs h transport solide en m 3 par m perpendiculaire à la direction du mouvement -m 3 /m, amplitude significative de la houle (en mètre),

17 -10 T t g(a): f(p) : période de la houle (en seconde), temps d'action de la houle (en seconde), fonction tenant compte de l'angle d'incidence de la houle à la côte, coefficient de proportionnalité variable avec la profondeur en s-2. Sur le plan pratique, cette étude démontre que sur la côte landaise, toute extraction de granulats, effectuée entre l'estran et les fonds de -22 m (CM) entraînera une érosion très sensible du littoral En mesurant qs au moyen de traceur et en calculant l'énergie de la houle, on a établi un étalonnage de la relation (1) : Cette étude démontre qu'au delà des fonds -22 m, les mouvements sédimentaires (particules de l'ordre de 0,1 mm) sont très faibles même lorsque la houle dépasse 7 m d'amplitude. A ce type d'étude, il faut associer la mesure en continu par des jauges nucléaires (voir chapitre 4) des variations de la hauteur des rides dans la zone du déferlement (J 3) Transports solides en régime torrentiel Ce type de transport très complexe fait intervenir un trop grand nombre de paramètres pour pouvoir être traité que par les mathématiques. Aussi le nombre d'expériences réalisées dans ce domaine est important (GA 3). Parmi celles-ci : - Dans les Pyrénées Orientales: Verdouble. Cady (GA 2), Tet, Lentilla, Agly. - Dans les Vosges: Bruche, Mossig. Doller. - En Corse: Fium'Orbo. La méthode est aussi utilisée, avec un grand succès, sur les cordons littoraux de galets (GA 1) Etude des rejets sous forme particulaire - Analyse systématique des rejets urbains en mer sous forme particulaire (matières organiques et argileuses) contaminés par des polluants chimiques et biologiques. Résultats actuellement confidentiels qui permettent de valider des modèles de dilution.

18 Etude de la pollution mécanique des rivières (Doubs) par les fines particules remises en suspension par le dragage. Ce travail a rendu possible des recommandations sur les conditions d'extractions des sables et graviers (Th 9) Emploi de traceurs radioactifs en modèle physique à fond mobile Les premières théories et techniques expérimentales d'estimation du transport solide dans les écoulements à surface libre sont basées sur la méthode d'euler: mesure d'une quantité en point fixe en fonction du temps. Or le transport permanent de la couche supérieure du lit sédimentaire est le résultat d'une série alternée de sauts et de périodes de repos des grains de sable qui dépendent des forces hydrodynamiques instantanées et imprévisibles caractéristiques d'un processus aléatoire. Les traceurs radioactifs en permettant des mesures lagrangiennes se sont révélés très utiles pour déterminer les trajectoires des particules isolées et des groupes de particules (MaD 1) tout au long d'un canal. D'autres travaux également en canal hydraulique ont permis de déterminer (Th 10) simultanément le débit solide par charriage et le débit solide en suspension. Ce qui nécessite une analyse approfondie des relations entre phase liquide et phase solide. Ici encore, les traceurs radioactifs jouent un rôle prépondérant et, semble-t-il, irremplaçable en raison de leur grande sensibilité de mesure. La mise en évidence du transit des sédiments en suspension dans le modèle physique de la Loire (LCHF) a été effectuée à plusieurs reprises dans différentes conditions hydrologiques (MaD 2). Ces expériences ont démontré l'importance des courants résiduels et le faible rôle joué par l'intrusion saline dans la progression du bouchon vaseux. Par contre, la salinité "bloque" cette masse sédimentaire en suspension à l'intérieur de l'estuaire si le débit fluvial est inférieur à son débit moyen Commentaires Le grand nombre d'études réalisées, les larges possibilités offertes et la souplesse de cette méthode plaident en sa faveur. L'expérience montre que ces procédés fournissent une bonne estimation des quantités de sédiments transportés avec, dans le pire des cas, une incertitude de 50 à 100 % : ce qui est peu pour des mesures en nature et lorsqu'on sait qu'il y a souvent un facteur 10 d'écart (et parfois plus!) entre les diverses formules empiriques. Cependant, la technique des traceurs reste limitée dans l'espace et le temps : le kilomètre carré, quelques mois (au plus six mois) et par l'impossibilité physique de détecter les radionucléides utilisés au delà d'une profondeur d'enfouissement de 0,8 m. Récemment, dans certaines circonstances, ces limites ont été largement repoussées.

19 -12 Remarques: Les manipulations seneuses et bien conçues ont toujours été autorisées depuis 1954 par la Commission Interministérielle des Radioéléments Artificiels après examen d'un dossier circonstancié. - Face aux problèmes complexes posés par les transports solides, il serait toutefois souhaitable qu'une plus étroite collaboration s'instaure entre hydrauliciens, sédimentologistes et spécialistes de la radioactivité : c'est la seule possibilité d'avancer dans ce domaine des transports solides. - Enfin le coût de ces expérimentations, le plus souvent compris entre 150 et F., ne représente qu'une faible partie du montant des études consacrées à un site, même en ne faisant appel qu'à des modèles mathématiques! 4. LES CAPTEURS RADIOMETRIQUES 4.1. Principales caractéristiques Un capteur radiométrique (J 1 à J 8) ou jauge nucléaire est l'association convenable d'une source radioactive scellée et d'un détecteur de rayonnement adapté. L'interaction rayonnement nucléaire-matière examinée est mise à profit pour mesurer en continu la concentration ou la densité de sédiments en suspension ou déposés. Ce qui permet d'obtenir: - des mesures non destructives, - des mesures sans faire de prélèvements, - des mesures en continu même à travers une paroi opaque ou directement dans l'eau. Ces informations sont traitées en temps réej grâce à un microcalculateur. Elles sont ainsi devenues une aide à la décision et à la gestion d'un ouvrage ou d'une installation. Les spécialistes distinguent deux types de dispositifs: - les jauges à transmission, - les jauges à diffusion. Leur principe de fonctionnement repose sur les effets photoélectriques et COMPTON (Th 5) (Th 8).

20 Exemples de jauges nucléaires Les appareils de terrain - Mesure de turbidité directement in situ ou à travers une canalisation (J 4) (J 6) (J 8). Le dispositif est d'autant plus performant que la concentration est supérieure à 1 gll de sédiment. - Mesure du profil vertical de densité de matériaux déposés dans les chenaux envasés, puits de drague (J 7) et retenues de barrage. Certains de ces appareils (JTD 3) sont employés en point fixe (J 5), d'autres (JTT 4) sont tractés par une vedette dans la couche dense (J 6). Les informations obtenues, complémentaires des sondeurs à ultrasons qui ne localisent que l'interface eau-vase liquide, permettent de repousser de 0,8 m la limite des profondeurs navigables : soit, dans un chenal classique de navigation, une économie de dragage de l'ordre de 15 MF/an. - Pilotage de la vidange des retenues de barrage Les appareils de laboratoire - Mesure non invasive et non destructive du profil de densité d'une carotte sédimentaire (J 1). - Mesure du gradient de tassement des sédiments fins en fonction du temps, de la hauteur du culot, de la concentration initiale de la suspension, de la hauteur du volume de sédimentation (J 2) (J 8) Commentaires L'art du concepteur est de réaliser un compromis entre la sensibilité de la mesure et la quasi insensibilité aux variations chimiques de composition des échantillons. Tous ces dispositifs respectent les normes d'irradiation (25 J.1 Sv/h) au contact. Ils sont également conçus pour être utilisés par un personnel non directement affecté au travail sous rayonnement ionisant. Cependant le propriétaire doit être autorisé par la Commission Interministérielle des Radioéléments Artificiels (CI REA) à détenir et à utiliser des radioéléments sous formes de sources, ce qui implique sa compétence. Le plus souvent, la précision de ces appareils est de l'ordre de 1 % absolu avec un degré de confiance de 68 0/0. Ces instruments sont d'autant plus performants et sans concurrents, que la concentration est élevée. En dessous de 1 gll, il est nécessaire de faire appel à d'autres procédés.

21 - 14 Les coûts de ces appareils sont compris entre et F. selon leur degré de complexité. CONCLUSIONS L'industrie, les besoins de la navigation et le tourisme ont parfois tendance à exploiter et à domestiquer avec brutalité les fleuves, les estuaires, le littoral. Le recul des côtes, l'extraction des granulats, les rejets des eaux usées et des produits de dragage, les vidanges des retenues de barrage, etc., sont des problèmes d'actualités demandant une connaissance précise des mécanismes de transport, de dilution et de sédimentation et la mesure des paramètres qui régissent ces processus afin de définir une gestion des mileux fluviaux, estuairiens et côtiers. Les techniques nucléaires, traceurs et jauges, sont actuellement l'un des rares moyens, éprouvés par de nombreuses études, qui permettent aux ingénieurs, aux hydrauliciens et aux chercheurs de disposer des informations et des mesures dont ils ont de plus en plus impérativement besoin. Six principaux domaines, où les impacts économiques et écologiques sont considérables, devraient voir leur développement se confirmer et s'intensifier: CD Gestion des travaux de dragage: rejet des produits de dragage-navigabilité dans les chenaux envasés. Q) Stabilité du littoral : action de la houle et des courants sur les transports sédimentaires. (J) Rejets urbains et industriels sous formes particulaires dans les estuaires et en Mesure en continu des MES, en particulier dans les stations de traitement des eaux. G) Etude de gestion des vidanges des retenues de Extraction en mer de granulats. Au moment où les frontières européennes s'ouvrent, les techniques nucléaires pourraient permettre aux ingénieurs français du génie civil ayant en charge les problèmes posés par les transports solides de proposer des procédés originaux performants et d'avant garde par rapport à leurs concurrents qui, le plus souvent, ne disposent pas de cet atout complémentaire.

22 -15 REFERENCES Thèses et articles théoriques Documents de base Articles généraux Articles consacrés à des sites Articles consacrés à des estuaires Articles consacrés aux transports des galets Articles consacrés aux rejets de drague Articles consacrés à des études en modèle Articles consacrés aux jauges nucléaires Radioactivité naturelle Marquage des sédiments Th 1 à Th 14 81à85 G 1 à G 16 S1àS11 E1àE5 GA1àGA3 DR 1 à DR 5 MOD 1 à MOD2 J1àJ8 RN 1 à RN 5 M1àM2

23 - 16 LISTE DES THESES Th 1 G. SAUZAY "Méthode du bilan des taux de comptage d'indicateurs détermination du débit de charriage de lits sableaux" Université de Toulouse (20/11/1967) radioactifs pour la Th2 B.JEANNEAU "Etude de divers procédés de marquage des sédiments par l'or 198" Thèse CNAM - Rapport CEA R (1967) Th 3 J.C. BRUN-COTTAN "Influence du marquage radioactif sur les paramètres dynamiques des sédiments pélitiques" Faculté des Sciences de Paris (19/12/1967) Th 4 H. BOUGAULT "Etude de la sorption de quelques radioéléments pélitiques en vue de son application" Faculté des Sciences de Paris (22/05/1970) artificiels par les sédiments Th 5 Ch. MAGLOIRE "Mesure de la turbidité par des méthodes radioactives 1 ' Université Paris VI (20/01/1972) Th 6 P. GOURLEZ "Etude des transferts de crème de vase dans les estuaires à l'aide de traceurs radioactifs" Thèse CNAM (1973) Th 7 R. HOSLIN "le double marquage de la vase par le zinc et l'hafnium" "Etude du comportement du zinc et des mouvements système GARONNE-GIRONDE" Faculté des Sciences Paris Sud (07/02/1980) sédimentaires dans le Th 8 C. MUSA "Etude de la décantation des sédiments fins dans les puits d'une drague aspiratrice en marche à l'aide d'une sonde à diffusion de photons" Faculté des Sciences Paris Sud (19/06/1981)

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