OTICE : Début de la phase de test opérationnel du SPALAX-NG

Mettant à profit un retour d’expérience d’une douzaine d’années d’opération du système SPALAX (notamment dans le contexte des six essais nucléaires de la Corée du Nord ou de la crise de Fukushima), la France comme d’autres nations a engagé en 2012 le développement de la seconde génération de station. Le nouveau système dénommé SPALAX-NG (pour Nouvelle Génération) représente une évolution sans précédent.

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Figure 1. Clôture de la visite de pré-certification.
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Le régime de vérification associé au Traité d’interdiction complète des essais nucléaires

Ouvert à la signature et la ratification depuis 1996, le Traité d’Interdiction Complète des Essais nucléaires (TICE) est adossé au système de surveillance international (SSI) en tant qu’instrument de vérification. Ce réseau composé de trois cent vingt-et-une stations de mesure réparties au travers du globe est capable de détecter et de caractériser toutes les données observables susceptibles d’être émis consécutivement à un essai nucléaire : les signaux sismiques, infrasons, et hydroacoustiques ainsi que la radioactivité atmosphérique.

Deux types de traces de radioactivité atmosphérique permettent de révéler l’occurrence d’un essai nucléaire clandestin : la présence d’aérosols marqués en radionucléides artificiels spécifiques, la présence de certains isotopes radioactifs du xénon (133Xe, 133mXe, 131mXe, 135Xe). Contrairement aux aérosols, les gaz rares constituent des marqueurs privilégiés puisqu’ils peuvent s’échapper plus facilement d’une cavité de tir souterraine.

Mesurer le radioxenon : développement du système SPALAX
À l’aube des années 2000, lors de la mise en place du SSI, la détection et la mesure de l’activité du xénon radioactif dans l’atmosphère constitue un challenge important : le bruit de fond « naturel » en xénon radioactif dans l’air est relativement inconnu (en particulier son origine), les technologies de détection des signatures nucléaires des isotopes d’intérêt sont encore sommaires et peu adaptées au terrain.
Néanmoins, au prix d’efforts intenses en R&D, trois systèmes de détection voient le jour. Ils assurent les fonctions de prélèvement de l’air, de sa purification, de la concentration du xénon et de la mesure des rayonnements émis suite à la désintégration des isotopes d’intérêt. Il s’agit des systèmes SAUNA (de conception suédoise), ARIX (de conception russe) et SPALAX (conçu en France par le CEA). Ces équipements fonctionnent en continu selon un cycle de prélèvement/mesure de 12 ou de 24h. En quelques années, le réseau de quarante stations se construit sur la base de ces trois systèmes.
À ce jour, on compte respectivement 16, 11 et 3 stations SAUNA, SPALAX et ARIX opérationnelles sur le réseau SSI. La première station française SPALAX installée a été celle de Tahiti en 2002.

Figure 2. Réseau IMS Xénon. En bleu : stations SPALAX, en vert : stations SAUNA, en rouge : stations ARIX, en blanc : stations en cours d’installation.
Réseau IMS Xénon. En bleu : stations SPALAX, en vert : stations SAUNA, en rouge : stations ARIX, en blanc : stations en cours d'installation. - PNG

Le SPALAX nouvelle génération

Mettant à profit un retour d’expérience d’une douzaine d’années d’opération du système SPALAX (notamment dans le contexte des six essais nucléaires de la Corée du Nord ou de la crise de Fukushima), la France comme d’autres nations a engagé en 2012 le développement de la seconde génération de station. Le nouveau système dénommé SPALAX-NG (pour Nouvelle Génération) représente une évolution sans précédent.
Dès l’origine, un cahier des charges ambitieux a été fixé. Il s’agissait : d’accroître notablement la sensibilité de détection du système (en augmentant le volume de gaz traité, en optimisant l’efficacité de la mesure en particulier vis-à-vis des isotopes métastables du xénon), d’augmenter la sélectivité du système (afin de réduire l’influence du radon, gaz rare radioactif présent naturellement dans l’air), de réduire la durée des cycles de prélèvement (afin d’améliorer les capacités de localisation des points de rejet), d’accroître la disponibilité des données, de contenir la consommation électrique, de faciliter la maintenance et l’opération du système, de limiter le coût de possession.

[SPALAX-NG]
Près de cinq ans de R&D ont été nécessaires pour relever l’ensemble de ces défis et pour assembler le premier prototype en partenariat avec l’industriel Cegelec-Defense. Dès l’origine, contrairement aux systèmes concurrents, les concepteurs ont fait le pari ambitieux du « 100% haute résolution » pour la partie détection. Complétant un système de spectrométrie gamma au germanium, un détecteur d’électrons a été développé en collaboration avec la société Canberra/Mirion. Basé sur la technologie silicium, ce système (dénommé « PIPSBOX ») permet la détection et l’analyse haute résolution des électrons émis par les isotopes du xénon. Fonctionnant de concert, « en coïncidence », ces deux voies de mesure permettent la détection de signaux infimes. La sensibilité de mesure s’en trouve décuplée et la détection de seulement quelques centaines d’atomes de xénon radioactif par m3 d’air devient possible. Le choix de la haute résolution s’avère payant : les analyses des données spectrales sont mathématiquement simples à analyser (car peu interférées) et non ambigües (risque limité de « faux positif »). Le SPALAX-NG est également capable d’opérer en mode gamma/X de manière analogue au SPALAX de première génération. Ceci constitue un avantage notable pour l’exploitation des données, pour la disponibilité du système en cas de défaut de la voie électrons et pour garantir une dynamique de mesure étendue. Dans ce cadre, des logiciels spécifiques pour l’analyse des données haute résolution ont dû être développés. Basés sur un traitement mathématique rigoureux, ils permettent également le traitement du volume important des données inhérent à la haute résolution.
Au final, comparativement au SPALAX de première génération, le volume de xénon produit a été multiplié par trois et la limite de détection pour les isotopes métastables du xénon a été abaissée de plus d’un ordre de grandeur. Cet avantage serait déterminant pour l’interprétation des signaux enregistrés dans les jours qui suivent un essai nucléaire.

Figure 3. Vue d’ensemble du système SPALAX-NG. 1- Module énergie/contrôle-commande, 2- Module compression, 3- Module purification, 4- Module concentration, 5- Module détection
Vue d'ensemble du système SPALAX-NG. 1- Module énergie/contrôle-commande, 2- Module compression, 3- Module purification, 4- Module concentration, 5- Module détection - JPEG

Le processus de qualification conduit avec les experts du TICE

En vue du déploiement du SPALAX NG sur le réseau SSI, il est nécessaire de démontrer aux États Parties du TICE que le système satisfait sur le long terme à la liste des spécifications techniques. Dans ce cadre, deux experts de l’organisation ont réalisé la visite de pré-certification du système dans les locaux du CEA du 24 au 27 septembre derniers. Cette étape est complétée par une phase d’exploitation d’un an qui a débuté le 1er octobre. Le système va être opéré en continu pendant six mois en France, sous la responsabilité du CEA, puis il sera déployé à Ottawa (Canada) pendant six mois supplémentaires pour être exploité par notre partenaire Health Canada. Les données produites sont envoyées en temps réel vers le Centre International de Données (CID) du Secrétariat Technique Provisoire (STP) de Vienne pour analyse et évaluation.

Figure 4. Démonstration du système durant la visite de pré-certification (En arrière-plan : module énergie et contrôle/commande du SPALAX-NG).

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Démonstration du système durant la visite de pré-certification (En arrière-plan : module énergie et contrôle/commande du SPALAX-NG).
Démonstration du système durant la visite de pré-certification (En arrière-plan : module énergie et contrôle/commande du SPALAX-NG).

À l’issue de ce test étendu, le SPALAX-NG ambitionne d’obtenir son homologation en vue de son déploiement sur le réseau SSI. Une présentation des résultats des premiers mois d’exploitation sera proposée à la prochaine conférence Science & Technologies (Vienne, Juin 2019).

Figure 5. Démonstration du système durant la visite de pré-certification (En arrière-plan : module de purification du SPALAX-NG).
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[Références bibliographiques]

Dernière modification : 04/12/2018

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