parcours hydrologie-hydrogéologie modélisation du transport...
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Universiteacute Pierre et Marie Curie
Master 2 Sciences de lrsquoUnivers Environnement Ecologie
Parcours Hydrologie-Hydrogeacuteologie
Modeacutelisation du transport du radon depuis le sol vers les bacirctiments
Comparaison entre modegraveles numeacuterique (T2Rn) et analytique-semi-empirique (MA)
Audrey GINEAU
Zakaria SAADI Geacuteraldine IELSCH
INSTITUT DE RADIOPROTECTION ET DE
SURETE NUCLEAIRE
PSE-ENVSERENBERAD
13092017
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ABSTRACT
Human exposure to radon decay products in buildings is an important public health issue
Therefore a radon national action plan is settled to manage and assess risks from radon
exposure A specific action consists in pointing out the difference between natural and man-
made radiation sources To handle this action a partnership is set up between IRSN and
CSTB in order to define a modeling strategy for the simulation of radon transport from the
soil to the soil-dwelling interface Benchmark studies are conducted on theirs codes T2Rn
(IRSN) and MA (CSTB)
The T2Rn (TOUGH2-Radon) code simulates unsteady two-phase flow and radon transport in
3D-porous and fractured media It is based on the numerical solution of mass balance
equations of gas-components coupled with Darcy and Fick laws The MA (analytical and
semi-empirical model) code quantifies steady-state variables such as soil-air entry-rate and
soil-radon exhalation rate through many kinds of building substructures (bearing slab
floating slab crawl space and basement)
The first benchmark study is based on a theoretical problem dealing with radon transport
into a dwelling built of a bearing slab substructure The problem configuration is defined
such that the conditions of use of T2Rn and MA codes are both fulfilled Differences
between T2Rn and MA results for air flow rates were not significant but were substantial for
the radon exhalation rates Work is still underway to investigate discrepancies between the
two codes
The second benchmark study is based on a real problem dealing with a house concerned
with radon exposure Radon diagnostic tests carried out by IRSN and CSTB provided
experimental data for simulations with T2Rn and MA Simple hypotheses were formulated to
model radon transport through the complex soilhouse-substructure system involved Some
unknown parameters are determined using sensitive-analysis relatively to experimental
radon exhalation rates available inside and outside the studied house Currently only T2Rn
results are available The MA results are still under investigation by CSTB
Regarding the current results concerning natural radon radiation sources the T2Rn code is
able to simulate accurately radon exhalation rates into buildings More complex scenarios
dealing with man-made radiation sources nearby houses are in process
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SOMMAIRE
Introduction 4
1 Origines et facteurs de la preacutesence de radon dans les bacirctiments 6
11 Proprieacuteteacutes radioactives du radon 6
12 Sources du radon dans lrsquoenvironnement 7
13 Exhalation du radon 7
14 Sources et voies drsquoentreacutee du radon dans les bacirctiments 10
2 Preacutesentation des modegraveles du benchmark 11
21 T2Rn Modegravele numeacuterique de transport du radon en milieux poreux sols et fondations de bacirctiments 11
211 Principes et champs drsquoapplication 11
212 Deacuteveloppements 12
213 Modegraveles matheacutematiques 13
22 MA Modegraveles analytiques et semi-empiriquse de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment 16
221 Principes et champs drsquoapplication 16
222 Deacuteveloppements 17
223 Modegraveles matheacutematiques 17
23 Diffeacuterences conceptuelles entre les modegraveles T2Rn et MA 20
3 Benchmark theacuteorique Bacirctiment avec dalle porteacutee sur terre-plein 21
31 Deacutefinition du benchmark 21
311 Hypothegraveses de modeacutelisation et geacuteomeacutetrie du systegraveme 21
312 Paramegravetres fixes et variables 22
32 Reacutesultats et discussions 24
321 Pheacutenomeacutenologie des modegraveles 24
322 Reacuteponses quantitatives des modegraveles 27
4 Benchmark reacutealiste Maison individuelle expertiseacutee 28
41 Description de lrsquohabitation 29
42 Informations et donneacutees de terrain disponibles 30
43 Hypothegraveses de modeacutelisation et paramegravetres 32
44 Reacutesultats et discussions 39
441 Exhalation du radon sur terrain nu 39
442 Exhalation du radon dans lrsquohabitat 41
443 Impact drsquoun remblai enrichi en radium 44
Conclusion 47
Reacutefeacuterences 49
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INTRODUCTION
Le radon est un gaz radioactif incolore et inodore que lrsquoon retrouve naturellement dans
lrsquoenvironnement Il peut srsquoaccumuler dans les espaces clos tels que les bacirctiments et
constitue la premiegravere source drsquoexposition de la population aux rayonnements ionisants
drsquoorigine naturelle (Figure 1) [1] Par ailleurs le radon est reconnu par lrsquoOMS comme
canceacuterigegravene pulmonaire certain
Figure 1 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants (Bilan IRSN 2015 [1] )
Sa preacutesence dans les bacirctiments est lieacutee agrave la richesse en uranium des formations geacuteologiques
sous-jacentes drsquoune construction Cette source de radon naturelle combineacutee agrave la
permeacuteabiliteacute des constructions et agrave une ventilation insuffisante peut exposer les occupants
agrave des concentrations en radon parfois supeacuterieures agrave celles recommandeacutees par les autoriteacutes
sanitaires1
Dans ce contexte le 3egraveme Plan national drsquoActions pour la gestion du risque lieacute au Radon (PAR)
est mis en place [2] en 2016 Il preacutevoit notamment une action qui consiste agrave eacutevaluer les
influences respectives du sol naturel et de sources anthropiques sur la concentration en
radon dans les habitations Cette eacutevaluation est souvent reacutealisable par des mesures de
terrains seules Aussi lrsquoutilisation drsquooutils de simulations numeacuteriques en compleacutement
pourrait permettre drsquointerpreacuteter plus preacuteciseacutement la migration du radon depuis diffeacuterentes
sources jusque dans lrsquoair inteacuterieur drsquoun bacirctiment
1 En France la reacuteglementation sur le radon concerne certains Etablissements Recevant du Public (ERP) et
certains lieux de travail situeacutes dans 31 deacutepartements dits prioritaires la valeur seuil actuelle en moyenne
annuelle est de 400 becquerels par megravetre cube (Bqm3) Cette valeur devrait ecirctre ajusteacutee agrave 300 Bqm3 dans la
nouvelle reacuteglementation preacutevue pour 2017 httpswwwasnfrInformerDossiers-pedagogiquesLe-radonLa-reglementation
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Pour reacutealiser cette action lrsquoIRSN et le Centre Scientifique et Technique du Bacirctiment (CSTB)
ont engageacute une collaboration pour deacutefinir une strateacutegie commune de modeacutelisation du
transport de radon du sol vers les bacirctiments sur la base de leurs outils de simulation
respectifs Pour simuler le transfert du radon dans le sol jusqursquoagrave lrsquointerface sol-bacirctiment
lrsquoIRSN utilise le code de calcul T2Rn (TOUGH2-Radon) et le CSTB emploie des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) Le premier travail de collaboration consiste agrave reacutealiser
un benchmark des codes T2Rn et MA en vue de choisir celui qui sera le plus apte agrave reacutepondre
agrave la probleacutematique poseacutee
Lrsquoobjectif du travail de stage est de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave ce benchmark avec le
code T2Rn Pour se faire les configurations de calculs agrave reacutealiser sont deacutefinies conjointement
avec le CSTB puis mises en œuvre avec T2Rn Une comparaison avec les reacutesultats obtenus
par lrsquoIRSN et le CSTB doit permettre de mettre en eacutevidence les potentialiteacutes respectives des
codes (hypothegraveses de fonctionnement) leurs limites drsquoapplication ainsi que leurs avantages
et inconveacutenients
Le preacutesent rapport rend compte des travaux reacutealiseacutes dans le cadre du travail de stage confieacute
La premiegravere partie introduit les origines et facteurs de preacutesence de radon dans les
bacirctiments La partie suivante apporte les descriptifs des modegraveles T2Rn et MA leurs champs
drsquoapplication les deacuteveloppements reacutealiseacutes leurs approches conceptuelles et les eacutequations
matheacutematiques y seront preacutesenteacutes La troisiegraveme partie restitue et discute les reacutesultats de
simulations obtenus dans le cadre du premier benchmark dit theacuteorique Il vise
essentiellement agrave donner des aperccedilus qualitatif et quantitatif des reacuteponses respectives de
T2Rn et MA pour un problegraveme laquo simple raquo veacuterifiant simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele La configuration retenue repreacutesente un bacirctiment avec une
dalle porteacutee sur terre-plein La quatriegraveme et derniegravere partie restitue et discute les reacutesultats
de simulations obtenus dans le cadre du second benchmark dit reacutealiste La configuration agrave
simuler est repreacutesentative drsquoune maison individuelle expertiseacutee par lrsquoIRSN et le CSTB dans la
reacutegion des Pays de la Loire Pour ce benchmark reacutealiste les flux drsquoexhalation du radon
mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation constituent des donneacutees de reacutefeacuterence
pour les modegraveles T2Rn et MA Dans le preacutesent rapport seuls les reacutesultats obtenus avec T2Rn
sont preacutesenteacutes les reacutesultats de MA eacutetant en cours de traitement par le CSTB
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1 ORIGINES ET FACTEURS DE LA PRESENCE DE RADON DANS LES BATIMENTS
Le radon est un gaz radioactif incolore inodore et chimiquement inerte Il appartient agrave la
famille des gaz nobles de la classification de Mendeleiumlev de numeacutero atomique 86 Sa
preacutesence dans les bacirctiments est notamment lieacutee agrave la teneur du sol sous-jacent en ses
preacutecurseurs radioactifs et agrave lrsquoexistence de voies drsquoentreacutee au sein drsquoune construction
11 PROPRIETES RADIOACTIVES DU RADON
Le radon possegravede trois principaux isotopes radioactifs2 naturels 219Rn 220Rn et 222Rn
respectivement produits de deacutesinteacutegration de 235U 232Th et 238U Chaque isotope du radon
possegravede sa propre peacuteriode radioactive la plus longue eacutetant celle du radon 222 eacutegale agrave
382 jours Son preacutecurseur lrsquouranium 238 est preacutesent dans les roches agrave des teneurs plus
importantes que celles de lrsquouranium 232 ou 235 cela fait du radon 222 lrsquoisotope le plus
abondant dans lrsquoenvironnement
Les descendants du radon 222 sont des isotopes du polonium (Po) du plomb (Pb) et du
bismuth (Bi) ces eacuteleacutements solides donnent lieu agrave une succession de deacutesinteacutegrations
radioactives jusqursquoagrave la production de lrsquoisotope stable non-radioactif le plomb 206 La Figure
2 illustre la chaicircne radioactive de lrsquouranium 238 jusqursquoagrave obtention du 206Pb avec pour
indication les demi-vies des radionucleacuteides instables intermeacutediaires Dans la suite du texte la
deacutenomination radon deacutesignera son isotope 222
Figure 2 Chaicircne radioactive naturelle de lrsquouranium 238 [3]
2Le radon compte actuellement 27 isotopes allant de lrsquoisotope 200 agrave lrsquoisotope 216
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12 SOURCES DU RADON DANS LrsquoENVIRONNEMENT
Le radon (Rn-222) provient de la deacutesinteacutegration α du radium (Ra-226) lui-mecircme descendant
de lrsquouranium (U-238) Ces radioeacuteleacutements se trouvent dans toutes les roches de la croucircte
terrestre geacuteneacuteralement agrave lrsquoeacutetat de trace Certaines formations peuvent en preacutesenter des
teneurs importantes on peut citer les roches magmatiques acides telles que les granites ou
encore certaines roches seacutedimentaires telles que les schistes noirs ou les charbons [3] [4]
Le sol issu de lrsquoalteacuteration des roches constitue aussi une source de radon avec neacuteanmoins
des teneurs en ses preacutecurseurs infeacuterieures agrave celles des roches drsquoorigine
13 EXHALATION DU RADON
Lrsquoexhalation du radon englobe lrsquoensemble des meacutecanismes conduisant agrave sa migration hors
du mateacuteriau poreux ougrave il srsquoest formeacute (geacuteneacuteralement du sol ou des formations rocheuses)
Deux processus se distinguent du pheacutenomegravene drsquoexhalation lrsquoeacutemanation et le transport La
Figure 3 en donne une illustration
Figure 3 Illustration du pheacutenomegravene drsquoexhalation (Source IRSN)
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131 EacuteMANATION
Lrsquoeacutemanation est le meacutecanisme par lequel un atome de radon est libeacutereacute du grain solide dans
lequel il a eacuteteacute formeacute et arrive dans lrsquoespace libre des pores La quantiteacute drsquoatomes de radon
preacutesents dans les pores par rapport agrave celle totalement produite repreacutesente le facteur
drsquoeacutemanation du mateacuteriau Il est compris entre 0 et 1 le Tableau 1 indique des ordres de
grandeur du facteur drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de mateacuteriaux
Facteur moyen Gamme
Sol 01 001 - 05
Roches 008 lt 001-04
Mateacuteriaux de construction 005 lt 001-03
Briques drsquoargilebeacuteton
004015
002-0101-04
Tableau 1 Facteur drsquoeacutemanation du radon 222 pour divers mateacuteriaux [3]
Lrsquoeacutenergie de recul acquise par le radon au cours de sa formation lui permet de parcourir une
distance finie dite de recul Elle est de lrsquoordre de 002-007 μm dans les mineacuteraux de 01 μm
dans lrsquoeau et de 63 μm dans lrsquoair [5] Lrsquoenvironnement de deacutesinteacutegration du radium
conditionne donc le processus drsquoeacutemanation du radon Selon lrsquoagencement des grains solides
la taille des pores la teneur en eau ou encore la tempeacuterature du milieu quatre processus
drsquoeacutemanation peuvent se distinguer 1) Si le radon termine son recul dans lrsquoespace libre des
pores alors lrsquoeacutemanation se fait par recul direct 2) Si le radon reste pieacutegeacute dans le grain ougrave il a
eacuteteacute formeacute il peut eacutemaner par diffusion 3) La dissolution de la phase solide du grain dans
lequel est pieacutegeacute le radon peut eacutegalement conduire agrave son eacutemanation 4) Le radon peut
terminer son recul dans un grain adjacent agrave celui dans lequel il a eacuteteacute formeacute puis ecirctre libeacutereacute
par diffusion ou dissolution Dans ce cas lrsquoeacutemanation se fait par recul indirect
La Figure 4 illustre les trajectoires de recul possibles du radon au voisinage de lrsquointerface
entre deux grains en contact avec de lrsquoeau La distance de recul du radon dans lrsquoeau est
environ 10 fois infeacuterieure agrave celle observeacutee dans lrsquoair diminuant ainsi la probabiliteacute du radon
drsquoecirctre pieacutegeacute dans un grain voisin [5]
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Figure 4 Trajectoires de recul possibles du radon au voisinage de deux grains (Source IRSN)
132 TRANSPORT
Apregraves eacutemanation le radon preacutesent dans lrsquoair ou lrsquoeau des pores chemine en direction de
lrsquoatmosphegravere traversant lrsquoensemble des mateacuteriaux poreux jusqursquoagrave atteindre les interfaces
sol-atmosphegravere ou sol-bacirctiment Le transport du radon vers la surface du sol est reacutegit par les
pheacutenomegravenes de diffusion et de convection
Diffusion
La diffusion est engendreacutee par lrsquoexistence drsquoun gradient spatial de concentration ce
pheacutenomegravene consiste agrave mobiliser les atomes de radon pour en homogeacuteneacuteiser la reacutepartition
spatiale faisant tendre les gradients de concentration vers zeacutero La mobilisation du radon
engendreacute par diffusion deacutepend du milieu traverseacute il diffuse par exemple plus rapidement
dans lrsquoair que dans lrsquoeau et drsquoautant plus facilement que le mateacuteriau poreux traverseacute est peu
compacteacute Lrsquoactiviteacute volumique du radon reacutesultant de la diffusion se quantifie par un
coefficient de diffusion quelques ordres de grandeur en sont reporteacutes dans le Tableau 2
Coefficient moyen gamme
AirEauSolsMateacuteriaux de construction
10-5
10-9
510-6
510-7
10-8
agrave 10-5
10-8
agrave 10-6
Tableau 2 Coefficient de diffusion du radon (msup2s) [3]
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Convection
La convection est un pheacutenomegravene de transport par lequel le radon est mobiliseacute via le champ
de vitesse drsquoun eacutecoulement gazeux ou liquide Elle peut preacutedominer la diffusion au voisinage
des interfaces sol-atmosphegravere ougrave lrsquoexistence de forts gradients de pression favorise lrsquoinertie
de lrsquoair environnant Les stratifications thermiques du sol peuvent aussi engendrer
drsquoimportants mouvements fluides et mobiliser le radon
14 SOURCES ET VOIES DrsquoENTREE DU RADON DANS LES BATIMENTS
La roche et le sol sous-jacents un bacirctiment constituent les sources principales du radon dans
lrsquoair inteacuterieur Dans une moindre mesure drsquoautres sources de radon peuvent ecirctre
consideacutereacutees les mateacuteriaux de constructions lrsquoeau du robinet ou encore la combustion du
gaz naturel ou du charbon de bois La contribution respective de ces diffeacuterentes sources
dans la part de radon pouvant entrer dans une construction est tregraves variable Neacuteanmoins la
provenance du sol sous-jacent reste majoritaire et constitue la source drsquointeacuterecirct principale
de la preacutesente eacutetude [3] [6]
A des profondeurs geacuteneacuteralement supeacuterieures agrave 2 megravetres le vent et les fluctuations de
pression entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur drsquoun bacirctiment ont peu drsquoeffet sur le transport du
radon pour de telles profondeurs la convection est souvent peu importante par rapport agrave la
diffusion
Lrsquoentreacutee du radon dans les bacirctiments peut ecirctre favoriseacutee par les facteurs suivants [7]
La preacutesence des passages de canalisations (eau eacutelectriciteacute plomberie)
La permeacuteabiliteacute du plancher lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de trous ou de fissures
La permeacuteabiliteacute des faccedilades lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de portes et fenecirctres
La Figure 5 illustre les diffeacuterentes voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment
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Figure 5 Illustration des voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment (Source IRSN)
2 PRESENTATION DES MODELES A COMPARER
Dans lrsquooptique drsquoune eacutetude comparative une description des modegraveles respectivement
utiliseacutes par lrsquoIRSN et le CSTB est reacutealiseacutee
21 T2RN MODELE NUMERIQUE DE TRANSPORT DU RADON EN MILIEUX POREUX
SOLS ET FONDATIONS DE BATIMENTS
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication de lrsquooutil T2Rn
(TOUGH2-Radon anciennement TOUGH2EOS7Rn) de lrsquoIRSN utiliseacute dans le cadre de ce
travail de stage [8] [9]
211 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Le code de calcul T2Rn est la version actuelle ameacutelioreacutee du code TOUGH2EOS7Rn Il permet
lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes transitoires de transport du radon en 3D dans des milieux poreux
ou fractureacutes bi-phasique (eau-air) Il permet drsquoeacutetudier des cas complexes de transfert depuis
le sol et les vides souterrains vers les bacirctiments en vue de deacuteterminer les voies principales
de transfert du radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
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Lrsquoutilisation du code T2Rn se base sur un maillage constitueacute de volumes finis permettant de
modeacuteliser des systegravemes agrave geacuteomeacutetrie varieacutee T2Rn tient compte des proprieacuteteacutes physiques
hydrodynamiques de transport (eacutemanation diffusion dissolution adsorption) et
thermiques du sol et sous-sol sous-jacent les bacirctiments et les mateacuteriaux constituant la
fondation du bacirctiment tels que la dalle et les murs en cas de cave ou partie drsquoune maison
enterreacutee dans le sol Les proprieacuteteacutes de transport peuvent ecirctre deacutependantes des proprieacuteteacutes
hydriques et thermodynamiques telles que la saturation en eau et la pression et la
tempeacuterature du gaz
Les conditions aux limites peuvent ecirctre constantes ou deacutependantes du temps pour inclure
les donneacutees meacuteteacuteorologiques qui regravegnent en surface telles que la pluie lrsquoeacutevapotranspiration
la pression et la tempeacuterature de lrsquoair atmospheacuterique La Figure 6 donne un exemple de
maillage adapteacute agrave T2Rn repreacutesentant un systegraveme plan sol-bacirctiment avec la preacutesence
drsquoune source de radon agrave une profondeur fixe du sol
Figure 6 Visualisation plane drsquoun maillage adapteacute agrave T2Rn avec des conditions aux limites renseigneacutees
Source de radon Sol Dalle Murs Inteacuterieur de lrsquohabitat Exteacuterieur de lrsquohabitat
212 DEVELOPPEMENTS
Le code TOUGH2EOS7Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacute par lrsquoIRSN en FORTRAN sur la base de la
plateforme TOUGH2 [8] La version ameacutelioreacutee T2Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacutee en 2016 en
collaboration avec CRC-LLC (Canyon Ridge Consulting) et LBNL (Lawrence Berkeley National
Laboratory) sur la base de la plateforme iTOUGH2 elle permet de tenir compte de
lrsquoeacutevaporation de la transpiration de la plante et du ruissellement de surface
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213 MODELES MATHEMATIQUES
Equations de transport du radon en milieu poreuxfractureacute bi-phasique
Les espegraveces mises en jeu dans le bilan de masse sont repreacutesenteacutees par lrsquoexposant i = Rn air
eau qui deacutesigne respectivement le radon 222 lrsquoair en tant que meacutelange homogegravene de
drsquoazote (N2) et drsquooxygegravene (O2) et la moleacutecule drsquoeau H2O Elles peuvent ecirctre preacutesentes dans
chacune des phases liquide et gazeuse deacutesigneacutee par α = l g
Bilan de masse
ݐන ܯ
= න Γ
+ න ݍ
(Eq 1)
V Volume de controcircle eacuteleacutementaire (m3)
Г Surface du volume de controcircle eacuteleacutementaire V (m2)
n Vecteur normal sortant de la surface Г ( - )
ܯ Masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3)
Flux de masse de lrsquoespegravece i (kg m-2 s-1)
ݍ Terme source ou puits de masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3 s-1)
Masse des espegraveces i
ܯ = ఈߩఈఈ
ఈ
+ ௗߩ ߩ ܭ
(Eq 2)
φ Porositeacute ( - )
ఈ Saturation de la phase α ( - )
ఈ Fraction massique de lrsquoespegravece i dans la phase α ( - )
ܭ Coefficient drsquoadsorption de lrsquoespegravece i agrave lrsquointerface solidegaz (m3 kg)
Termes source et puits du radon
൞
ோ = ோݑ ܧ minus ோߣ ܯோ
ோݑ = ௦ܥோߩௗ
ோܯ
(Eq 3)
E Facteur drsquoeacutemanation ( - )
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௦ܥோ Activiteacute massique du radium 226 dans la phase solide du solde la roche (Bqkg-1)
௦ߩ Masse volumique segraveche des particules solides du sol de la roche (kgm3)
ௗߩ Masse volumique segraveche du solde la roche (kgm3) avec ௗߩ = ( 1 minus ௦ߩ(
ோܯ Masse molaire moleacuteculaire du radon eacutegale agrave 0222 kg mol
Nombre drsquoAvogadro eacutegale agrave 60221023 atomesmol
ோߣ Constante de deacutesinteacutegration du radon (s-1) eacutegale agrave ln(2) ଵଶோ = 2110-1 s-1
ଵଶோ Temps de demi-vie du radon (s) eacutegale agrave 382 jours
Facteur drsquoeacutemanation
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele de Nielson et al (1982) deacutependant de la
saturation de la phase liquide
ܧ = )ܧ ) =
⎩⎪⎨
⎪௪ܧ⎧
lowast+ ܧ ൬1 minus
lowast൰ si lt lowast
௪ܧ sinon
(Eq 4)
௪ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat satureacute du sol ( - )
ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat sec du sol ( - )
Coefficient drsquoadsorption
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele empirique de Roger et Nielson (1991)
[10] deacutependant de la saturation de la phase liquide
ܭ ோ = ܭ
ோ exp(minus ) (Eq 5)
ܭ ோ Coefficient drsquoadsorption agrave lrsquoeacutetat sec de lrsquoespegravece i (m3kg)
Coefficient de correacutelation ( - )
Flux de masse
= ఈ ఈఈߩ
ఈ
minus ఈߩ ഥఈ સఈ
ఈ
(Eq 6)
ఈ Vitesse de Darcy intrinsegraveque agrave la phase α (m2 s)
ഥఈ Tenseur de dispersion (m2 s)
Le premier terme repreacutesente le flux de masse par convection et le second le flux diffusif
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Vitesse de Darcy
ఈ = minus ఈ
ఈߤ(સ ఈ minus (ఈߩ (Eq 7)
ఈ Pression de la phase α (Pa)
Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque (m2)
ఈ Permeacuteabiliteacute drsquoun sol non-satureacute relative agrave la phase α (-)
g Acceacuteleacuteration de la pesanteur (ms2)
Loi de Henry
A tempeacuterature constante la quantiteacute de gaz dissout en phase aqueuse est proportionnelle agrave
la pression partielle qursquoexerce ce gaz sur le liquide Drsquoougrave
= ுܭ
(Eq 8)
ுܭ Constante drsquo Henry (Pa)
Fraction molaire de lrsquoespegravece i dans la phase liquide ( - )
Tenseur de dispersion
ഥఈ = ఈ ఈ
ത (Eq 9)
ఈ Tortuositeacute de la phase α (-)
ఈ Coefficient de diffusion moleacuteculaire de lrsquoespegravece i dans la phase α (m2 s)
Tortuositeacute
La tortuositeacute est estimeacutee3 agrave lrsquoaide du modegravele de Millington et Quirk (1961)
ఈ = ( ఈ)ଷ ଶ (Eq 10)
Ces eacutequations sont reacutesolues agrave partir des proprieacuteteacutes hydrodynamiques et thermodynamiques
des solsroches telles que la pression de vapeur ௩௨ la pression capillaire des solsroches
Pc(Sl) et la permeacuteabiliteacute relative aux diffeacuterentes phases ఈ(Sl) (cf Saacircdi et al (2014) [8] )
3 Il existe drsquoautres choix de modegraveles possibles (cf Saacircdi et al(2014) pour plus de deacutetails [8] )
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Lrsquoinitialisation des profils de saturation en eau et de la pression du gaz du sol peut ecirctre
deacuteduite de la connaissance du niveau de la nappe ou par des mesures in-situ si elles sont
disponibles La concentration en radon dans la phase gaz est deacuteduite par le calcul de
lrsquoactiviteacute volumique du radon atteinte agrave lrsquoeacutequilibre en conditions stationnaires de
lrsquoeacutecoulement bi-phasique eau-air
Le systegraveme lineacuteaire drsquoeacutequations est obtenu par une discreacutetisation spatiale en volumes finis
du domaine drsquoeacutecoulement et une discreacutetisation temporelle par un scheacutema de type Euler
implicite Les variables de sortie sont les suivantes la pression de la phase gaz le degreacute de
saturation en gaz la pression partielle du radon et la tempeacuterature
Calcul du flux de radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
Deux approches sont possibles pour deacuteterminer le calcul du flux de radon agrave travers les dalles
et les murs drsquoune fondation Pour prendre en compte les fissures dans la dalle etou les
murs on peut utiliser soit une approche DCM (Discrete Crack Model) qui permet de
modeacuteliser explicitement les fissures dans le maillage ou une approche ECM (Equivalent
Continuum Model) consideacuterant les proprieacuteteacutes homogegravenes eacutequivalentes des dalles etou
murs fissureacutes
22 MA MODELES ANALYTIQUES ET SEMI-EMPIRIQUSE DE TRANSFERT DE
POLLUANTS GAZEUX SOL-BATIMENT
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) du CSTB dont les eacuteleacutements descriptifs sont issus de la
thegravese de Diallo (2013) [11] Ces modegraveles nrsquoont pas eacuteteacute utiliseacutes dans le cadre de ce travail de
stage Ils ont eacuteteacute utiliseacutes par le CSTB dans le cadre du benchmark Les reacutesultats qui en sont
issus seront discuteacutes dans les chapitres 3 en comparaison avec ceux obtenus avec T2Rn
221 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Les modegraveles analytiques fournissent les deacutebits drsquoair agrave lrsquointerface dalle-habitat obtenus par la
convection agrave travers le sol pour diffeacuterents types de soubassement dallage indeacutependant
dalle porteacutee vide sanitaire
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A partir du deacutebit drsquoair estimeacute les modegraveles semi-empiriques deacutetermine le flux drsquoentreacutee de
polluants dans un bacirctiment en tenant en compte du transfert coupleacute par convection et
diffusion Ils sont baseacutes sur une eacutetude numeacuterique qui a permis une meilleure compreacutehension
du comportement des polluants agrave lrsquointerface solbacirctiment
222 DEVELOPPEMENTS
Les modegraveles analytiques et semi-empiriques deacuteveloppeacutes lors de preacuteceacutedents travaux de
recherche par Diallo en 2013 [11] Les diffeacuterents modegraveles deacuteveloppeacutes ont eacuteteacute valideacutes
numeacuteriquement avec un modegravele CFD (Computational Fluid Dynamics) et expeacuterimentalement
avec des donneacutees issues de la litteacuterature
223 MODELES MATHEMATIQUES
Modegraveles de quantification de deacutebit drsquoair sol-bacirctiment
Les deacutebits entrant dans les bacirctiments sont exprimeacutes par une loi (analogue agrave celle de Darcy)
donnant une relation lineacuteaire entre le deacutebit et la pression
q = Rm-1 dP (Eq 11)
q est le deacutebit entrant dans le bacirctiment par uniteacute de longueur drsquoune faccedilade (m3s-1m-1) dP
est la diffeacuterence de pression motrice entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur du bacirctiment (Pa) et Rm
est la reacutesistance totale des diffeacuterents milieux traverseacutes par lrsquoair (Pasm-2) est deacutetermineacutee
par lrsquoassociation de plusieurs reacutesistances eacuteleacutementaires qui repreacutesentent plusieurs eacutevolutions
de lignes de courant dans les diffeacuterents milieux sol dalle fissure (voir Figure 7)
Figure 7 Configurations typiques de lignes de courant dans le sol [11]
18 50
Le cas 1 correspond agrave des lignes de courant droites le cas 2 agrave des lignes de courants
circulaires le cas 3 agrave des lignes de courants atteignant un quart de cylindre et le cas 4 des
lignes de courants atteignant un demi-cylindre Les reacutesistances eacuteleacutementaires agrave leacutecoulement
agrave travers les diffeacuterents types de milieux sont donneacutees par
μ est la viscositeacute dynamique du fluide (Pas) ܪ la profondeur du cylindre (m) ܦ la
profondeur du cylindre (m) ݎ le rayon du cylindre (m) et k la permeacuteabiliteacute du milieu
traverseacute (msup2)
Le deacutebit drsquoair total peacuteneacutetrant un bacirctiment par lrsquointerface sol-bacirctiment est obtenu en
inteacutegrant la reacutesistance eacutequivalente correspondant agrave la typologie de soubassement eacutetudieacutee
Dans le cas drsquoun dallage porteacute le reacuteseau de reacutesistance est le suivant (Figure 8)
Figure 8 Typologie dalle porteacutee et reacuteseau de reacutesistances eacutequivalent [11]
Le deacutebit total drsquoair traversant le sol et la dalle porteacutee par uniteacute de longueur srsquoexprime
(Eq 12)
Les reacutesistances eacuteleacutementaires en jeu veacuterifient rmf1 = rcas1 rsmf = rcas4 rmf2 = rcas1 et rdalle = rcas1
leurs expressions eacutetant adapteacutees aux paramegravetres de leurs milieux respectifs
Le deacutebit total drsquoair entrant dans le bacirctiment par la dalle porteacutee est obtenu par inteacutegration du
deacutebit eacuteleacutementaires dqDP entre 2et ܮ) + ) 2 ce qui donne finalement
19 50
Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
2 50
ABSTRACT
Human exposure to radon decay products in buildings is an important public health issue
Therefore a radon national action plan is settled to manage and assess risks from radon
exposure A specific action consists in pointing out the difference between natural and man-
made radiation sources To handle this action a partnership is set up between IRSN and
CSTB in order to define a modeling strategy for the simulation of radon transport from the
soil to the soil-dwelling interface Benchmark studies are conducted on theirs codes T2Rn
(IRSN) and MA (CSTB)
The T2Rn (TOUGH2-Radon) code simulates unsteady two-phase flow and radon transport in
3D-porous and fractured media It is based on the numerical solution of mass balance
equations of gas-components coupled with Darcy and Fick laws The MA (analytical and
semi-empirical model) code quantifies steady-state variables such as soil-air entry-rate and
soil-radon exhalation rate through many kinds of building substructures (bearing slab
floating slab crawl space and basement)
The first benchmark study is based on a theoretical problem dealing with radon transport
into a dwelling built of a bearing slab substructure The problem configuration is defined
such that the conditions of use of T2Rn and MA codes are both fulfilled Differences
between T2Rn and MA results for air flow rates were not significant but were substantial for
the radon exhalation rates Work is still underway to investigate discrepancies between the
two codes
The second benchmark study is based on a real problem dealing with a house concerned
with radon exposure Radon diagnostic tests carried out by IRSN and CSTB provided
experimental data for simulations with T2Rn and MA Simple hypotheses were formulated to
model radon transport through the complex soilhouse-substructure system involved Some
unknown parameters are determined using sensitive-analysis relatively to experimental
radon exhalation rates available inside and outside the studied house Currently only T2Rn
results are available The MA results are still under investigation by CSTB
Regarding the current results concerning natural radon radiation sources the T2Rn code is
able to simulate accurately radon exhalation rates into buildings More complex scenarios
dealing with man-made radiation sources nearby houses are in process
3 50
SOMMAIRE
Introduction 4
1 Origines et facteurs de la preacutesence de radon dans les bacirctiments 6
11 Proprieacuteteacutes radioactives du radon 6
12 Sources du radon dans lrsquoenvironnement 7
13 Exhalation du radon 7
14 Sources et voies drsquoentreacutee du radon dans les bacirctiments 10
2 Preacutesentation des modegraveles du benchmark 11
21 T2Rn Modegravele numeacuterique de transport du radon en milieux poreux sols et fondations de bacirctiments 11
211 Principes et champs drsquoapplication 11
212 Deacuteveloppements 12
213 Modegraveles matheacutematiques 13
22 MA Modegraveles analytiques et semi-empiriquse de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment 16
221 Principes et champs drsquoapplication 16
222 Deacuteveloppements 17
223 Modegraveles matheacutematiques 17
23 Diffeacuterences conceptuelles entre les modegraveles T2Rn et MA 20
3 Benchmark theacuteorique Bacirctiment avec dalle porteacutee sur terre-plein 21
31 Deacutefinition du benchmark 21
311 Hypothegraveses de modeacutelisation et geacuteomeacutetrie du systegraveme 21
312 Paramegravetres fixes et variables 22
32 Reacutesultats et discussions 24
321 Pheacutenomeacutenologie des modegraveles 24
322 Reacuteponses quantitatives des modegraveles 27
4 Benchmark reacutealiste Maison individuelle expertiseacutee 28
41 Description de lrsquohabitation 29
42 Informations et donneacutees de terrain disponibles 30
43 Hypothegraveses de modeacutelisation et paramegravetres 32
44 Reacutesultats et discussions 39
441 Exhalation du radon sur terrain nu 39
442 Exhalation du radon dans lrsquohabitat 41
443 Impact drsquoun remblai enrichi en radium 44
Conclusion 47
Reacutefeacuterences 49
4 50
INTRODUCTION
Le radon est un gaz radioactif incolore et inodore que lrsquoon retrouve naturellement dans
lrsquoenvironnement Il peut srsquoaccumuler dans les espaces clos tels que les bacirctiments et
constitue la premiegravere source drsquoexposition de la population aux rayonnements ionisants
drsquoorigine naturelle (Figure 1) [1] Par ailleurs le radon est reconnu par lrsquoOMS comme
canceacuterigegravene pulmonaire certain
Figure 1 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants (Bilan IRSN 2015 [1] )
Sa preacutesence dans les bacirctiments est lieacutee agrave la richesse en uranium des formations geacuteologiques
sous-jacentes drsquoune construction Cette source de radon naturelle combineacutee agrave la
permeacuteabiliteacute des constructions et agrave une ventilation insuffisante peut exposer les occupants
agrave des concentrations en radon parfois supeacuterieures agrave celles recommandeacutees par les autoriteacutes
sanitaires1
Dans ce contexte le 3egraveme Plan national drsquoActions pour la gestion du risque lieacute au Radon (PAR)
est mis en place [2] en 2016 Il preacutevoit notamment une action qui consiste agrave eacutevaluer les
influences respectives du sol naturel et de sources anthropiques sur la concentration en
radon dans les habitations Cette eacutevaluation est souvent reacutealisable par des mesures de
terrains seules Aussi lrsquoutilisation drsquooutils de simulations numeacuteriques en compleacutement
pourrait permettre drsquointerpreacuteter plus preacuteciseacutement la migration du radon depuis diffeacuterentes
sources jusque dans lrsquoair inteacuterieur drsquoun bacirctiment
1 En France la reacuteglementation sur le radon concerne certains Etablissements Recevant du Public (ERP) et
certains lieux de travail situeacutes dans 31 deacutepartements dits prioritaires la valeur seuil actuelle en moyenne
annuelle est de 400 becquerels par megravetre cube (Bqm3) Cette valeur devrait ecirctre ajusteacutee agrave 300 Bqm3 dans la
nouvelle reacuteglementation preacutevue pour 2017 httpswwwasnfrInformerDossiers-pedagogiquesLe-radonLa-reglementation
5 50
Pour reacutealiser cette action lrsquoIRSN et le Centre Scientifique et Technique du Bacirctiment (CSTB)
ont engageacute une collaboration pour deacutefinir une strateacutegie commune de modeacutelisation du
transport de radon du sol vers les bacirctiments sur la base de leurs outils de simulation
respectifs Pour simuler le transfert du radon dans le sol jusqursquoagrave lrsquointerface sol-bacirctiment
lrsquoIRSN utilise le code de calcul T2Rn (TOUGH2-Radon) et le CSTB emploie des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) Le premier travail de collaboration consiste agrave reacutealiser
un benchmark des codes T2Rn et MA en vue de choisir celui qui sera le plus apte agrave reacutepondre
agrave la probleacutematique poseacutee
Lrsquoobjectif du travail de stage est de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave ce benchmark avec le
code T2Rn Pour se faire les configurations de calculs agrave reacutealiser sont deacutefinies conjointement
avec le CSTB puis mises en œuvre avec T2Rn Une comparaison avec les reacutesultats obtenus
par lrsquoIRSN et le CSTB doit permettre de mettre en eacutevidence les potentialiteacutes respectives des
codes (hypothegraveses de fonctionnement) leurs limites drsquoapplication ainsi que leurs avantages
et inconveacutenients
Le preacutesent rapport rend compte des travaux reacutealiseacutes dans le cadre du travail de stage confieacute
La premiegravere partie introduit les origines et facteurs de preacutesence de radon dans les
bacirctiments La partie suivante apporte les descriptifs des modegraveles T2Rn et MA leurs champs
drsquoapplication les deacuteveloppements reacutealiseacutes leurs approches conceptuelles et les eacutequations
matheacutematiques y seront preacutesenteacutes La troisiegraveme partie restitue et discute les reacutesultats de
simulations obtenus dans le cadre du premier benchmark dit theacuteorique Il vise
essentiellement agrave donner des aperccedilus qualitatif et quantitatif des reacuteponses respectives de
T2Rn et MA pour un problegraveme laquo simple raquo veacuterifiant simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele La configuration retenue repreacutesente un bacirctiment avec une
dalle porteacutee sur terre-plein La quatriegraveme et derniegravere partie restitue et discute les reacutesultats
de simulations obtenus dans le cadre du second benchmark dit reacutealiste La configuration agrave
simuler est repreacutesentative drsquoune maison individuelle expertiseacutee par lrsquoIRSN et le CSTB dans la
reacutegion des Pays de la Loire Pour ce benchmark reacutealiste les flux drsquoexhalation du radon
mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation constituent des donneacutees de reacutefeacuterence
pour les modegraveles T2Rn et MA Dans le preacutesent rapport seuls les reacutesultats obtenus avec T2Rn
sont preacutesenteacutes les reacutesultats de MA eacutetant en cours de traitement par le CSTB
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1 ORIGINES ET FACTEURS DE LA PRESENCE DE RADON DANS LES BATIMENTS
Le radon est un gaz radioactif incolore inodore et chimiquement inerte Il appartient agrave la
famille des gaz nobles de la classification de Mendeleiumlev de numeacutero atomique 86 Sa
preacutesence dans les bacirctiments est notamment lieacutee agrave la teneur du sol sous-jacent en ses
preacutecurseurs radioactifs et agrave lrsquoexistence de voies drsquoentreacutee au sein drsquoune construction
11 PROPRIETES RADIOACTIVES DU RADON
Le radon possegravede trois principaux isotopes radioactifs2 naturels 219Rn 220Rn et 222Rn
respectivement produits de deacutesinteacutegration de 235U 232Th et 238U Chaque isotope du radon
possegravede sa propre peacuteriode radioactive la plus longue eacutetant celle du radon 222 eacutegale agrave
382 jours Son preacutecurseur lrsquouranium 238 est preacutesent dans les roches agrave des teneurs plus
importantes que celles de lrsquouranium 232 ou 235 cela fait du radon 222 lrsquoisotope le plus
abondant dans lrsquoenvironnement
Les descendants du radon 222 sont des isotopes du polonium (Po) du plomb (Pb) et du
bismuth (Bi) ces eacuteleacutements solides donnent lieu agrave une succession de deacutesinteacutegrations
radioactives jusqursquoagrave la production de lrsquoisotope stable non-radioactif le plomb 206 La Figure
2 illustre la chaicircne radioactive de lrsquouranium 238 jusqursquoagrave obtention du 206Pb avec pour
indication les demi-vies des radionucleacuteides instables intermeacutediaires Dans la suite du texte la
deacutenomination radon deacutesignera son isotope 222
Figure 2 Chaicircne radioactive naturelle de lrsquouranium 238 [3]
2Le radon compte actuellement 27 isotopes allant de lrsquoisotope 200 agrave lrsquoisotope 216
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12 SOURCES DU RADON DANS LrsquoENVIRONNEMENT
Le radon (Rn-222) provient de la deacutesinteacutegration α du radium (Ra-226) lui-mecircme descendant
de lrsquouranium (U-238) Ces radioeacuteleacutements se trouvent dans toutes les roches de la croucircte
terrestre geacuteneacuteralement agrave lrsquoeacutetat de trace Certaines formations peuvent en preacutesenter des
teneurs importantes on peut citer les roches magmatiques acides telles que les granites ou
encore certaines roches seacutedimentaires telles que les schistes noirs ou les charbons [3] [4]
Le sol issu de lrsquoalteacuteration des roches constitue aussi une source de radon avec neacuteanmoins
des teneurs en ses preacutecurseurs infeacuterieures agrave celles des roches drsquoorigine
13 EXHALATION DU RADON
Lrsquoexhalation du radon englobe lrsquoensemble des meacutecanismes conduisant agrave sa migration hors
du mateacuteriau poreux ougrave il srsquoest formeacute (geacuteneacuteralement du sol ou des formations rocheuses)
Deux processus se distinguent du pheacutenomegravene drsquoexhalation lrsquoeacutemanation et le transport La
Figure 3 en donne une illustration
Figure 3 Illustration du pheacutenomegravene drsquoexhalation (Source IRSN)
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131 EacuteMANATION
Lrsquoeacutemanation est le meacutecanisme par lequel un atome de radon est libeacutereacute du grain solide dans
lequel il a eacuteteacute formeacute et arrive dans lrsquoespace libre des pores La quantiteacute drsquoatomes de radon
preacutesents dans les pores par rapport agrave celle totalement produite repreacutesente le facteur
drsquoeacutemanation du mateacuteriau Il est compris entre 0 et 1 le Tableau 1 indique des ordres de
grandeur du facteur drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de mateacuteriaux
Facteur moyen Gamme
Sol 01 001 - 05
Roches 008 lt 001-04
Mateacuteriaux de construction 005 lt 001-03
Briques drsquoargilebeacuteton
004015
002-0101-04
Tableau 1 Facteur drsquoeacutemanation du radon 222 pour divers mateacuteriaux [3]
Lrsquoeacutenergie de recul acquise par le radon au cours de sa formation lui permet de parcourir une
distance finie dite de recul Elle est de lrsquoordre de 002-007 μm dans les mineacuteraux de 01 μm
dans lrsquoeau et de 63 μm dans lrsquoair [5] Lrsquoenvironnement de deacutesinteacutegration du radium
conditionne donc le processus drsquoeacutemanation du radon Selon lrsquoagencement des grains solides
la taille des pores la teneur en eau ou encore la tempeacuterature du milieu quatre processus
drsquoeacutemanation peuvent se distinguer 1) Si le radon termine son recul dans lrsquoespace libre des
pores alors lrsquoeacutemanation se fait par recul direct 2) Si le radon reste pieacutegeacute dans le grain ougrave il a
eacuteteacute formeacute il peut eacutemaner par diffusion 3) La dissolution de la phase solide du grain dans
lequel est pieacutegeacute le radon peut eacutegalement conduire agrave son eacutemanation 4) Le radon peut
terminer son recul dans un grain adjacent agrave celui dans lequel il a eacuteteacute formeacute puis ecirctre libeacutereacute
par diffusion ou dissolution Dans ce cas lrsquoeacutemanation se fait par recul indirect
La Figure 4 illustre les trajectoires de recul possibles du radon au voisinage de lrsquointerface
entre deux grains en contact avec de lrsquoeau La distance de recul du radon dans lrsquoeau est
environ 10 fois infeacuterieure agrave celle observeacutee dans lrsquoair diminuant ainsi la probabiliteacute du radon
drsquoecirctre pieacutegeacute dans un grain voisin [5]
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Figure 4 Trajectoires de recul possibles du radon au voisinage de deux grains (Source IRSN)
132 TRANSPORT
Apregraves eacutemanation le radon preacutesent dans lrsquoair ou lrsquoeau des pores chemine en direction de
lrsquoatmosphegravere traversant lrsquoensemble des mateacuteriaux poreux jusqursquoagrave atteindre les interfaces
sol-atmosphegravere ou sol-bacirctiment Le transport du radon vers la surface du sol est reacutegit par les
pheacutenomegravenes de diffusion et de convection
Diffusion
La diffusion est engendreacutee par lrsquoexistence drsquoun gradient spatial de concentration ce
pheacutenomegravene consiste agrave mobiliser les atomes de radon pour en homogeacuteneacuteiser la reacutepartition
spatiale faisant tendre les gradients de concentration vers zeacutero La mobilisation du radon
engendreacute par diffusion deacutepend du milieu traverseacute il diffuse par exemple plus rapidement
dans lrsquoair que dans lrsquoeau et drsquoautant plus facilement que le mateacuteriau poreux traverseacute est peu
compacteacute Lrsquoactiviteacute volumique du radon reacutesultant de la diffusion se quantifie par un
coefficient de diffusion quelques ordres de grandeur en sont reporteacutes dans le Tableau 2
Coefficient moyen gamme
AirEauSolsMateacuteriaux de construction
10-5
10-9
510-6
510-7
10-8
agrave 10-5
10-8
agrave 10-6
Tableau 2 Coefficient de diffusion du radon (msup2s) [3]
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Convection
La convection est un pheacutenomegravene de transport par lequel le radon est mobiliseacute via le champ
de vitesse drsquoun eacutecoulement gazeux ou liquide Elle peut preacutedominer la diffusion au voisinage
des interfaces sol-atmosphegravere ougrave lrsquoexistence de forts gradients de pression favorise lrsquoinertie
de lrsquoair environnant Les stratifications thermiques du sol peuvent aussi engendrer
drsquoimportants mouvements fluides et mobiliser le radon
14 SOURCES ET VOIES DrsquoENTREE DU RADON DANS LES BATIMENTS
La roche et le sol sous-jacents un bacirctiment constituent les sources principales du radon dans
lrsquoair inteacuterieur Dans une moindre mesure drsquoautres sources de radon peuvent ecirctre
consideacutereacutees les mateacuteriaux de constructions lrsquoeau du robinet ou encore la combustion du
gaz naturel ou du charbon de bois La contribution respective de ces diffeacuterentes sources
dans la part de radon pouvant entrer dans une construction est tregraves variable Neacuteanmoins la
provenance du sol sous-jacent reste majoritaire et constitue la source drsquointeacuterecirct principale
de la preacutesente eacutetude [3] [6]
A des profondeurs geacuteneacuteralement supeacuterieures agrave 2 megravetres le vent et les fluctuations de
pression entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur drsquoun bacirctiment ont peu drsquoeffet sur le transport du
radon pour de telles profondeurs la convection est souvent peu importante par rapport agrave la
diffusion
Lrsquoentreacutee du radon dans les bacirctiments peut ecirctre favoriseacutee par les facteurs suivants [7]
La preacutesence des passages de canalisations (eau eacutelectriciteacute plomberie)
La permeacuteabiliteacute du plancher lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de trous ou de fissures
La permeacuteabiliteacute des faccedilades lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de portes et fenecirctres
La Figure 5 illustre les diffeacuterentes voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment
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Figure 5 Illustration des voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment (Source IRSN)
2 PRESENTATION DES MODELES A COMPARER
Dans lrsquooptique drsquoune eacutetude comparative une description des modegraveles respectivement
utiliseacutes par lrsquoIRSN et le CSTB est reacutealiseacutee
21 T2RN MODELE NUMERIQUE DE TRANSPORT DU RADON EN MILIEUX POREUX
SOLS ET FONDATIONS DE BATIMENTS
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication de lrsquooutil T2Rn
(TOUGH2-Radon anciennement TOUGH2EOS7Rn) de lrsquoIRSN utiliseacute dans le cadre de ce
travail de stage [8] [9]
211 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Le code de calcul T2Rn est la version actuelle ameacutelioreacutee du code TOUGH2EOS7Rn Il permet
lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes transitoires de transport du radon en 3D dans des milieux poreux
ou fractureacutes bi-phasique (eau-air) Il permet drsquoeacutetudier des cas complexes de transfert depuis
le sol et les vides souterrains vers les bacirctiments en vue de deacuteterminer les voies principales
de transfert du radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
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Lrsquoutilisation du code T2Rn se base sur un maillage constitueacute de volumes finis permettant de
modeacuteliser des systegravemes agrave geacuteomeacutetrie varieacutee T2Rn tient compte des proprieacuteteacutes physiques
hydrodynamiques de transport (eacutemanation diffusion dissolution adsorption) et
thermiques du sol et sous-sol sous-jacent les bacirctiments et les mateacuteriaux constituant la
fondation du bacirctiment tels que la dalle et les murs en cas de cave ou partie drsquoune maison
enterreacutee dans le sol Les proprieacuteteacutes de transport peuvent ecirctre deacutependantes des proprieacuteteacutes
hydriques et thermodynamiques telles que la saturation en eau et la pression et la
tempeacuterature du gaz
Les conditions aux limites peuvent ecirctre constantes ou deacutependantes du temps pour inclure
les donneacutees meacuteteacuteorologiques qui regravegnent en surface telles que la pluie lrsquoeacutevapotranspiration
la pression et la tempeacuterature de lrsquoair atmospheacuterique La Figure 6 donne un exemple de
maillage adapteacute agrave T2Rn repreacutesentant un systegraveme plan sol-bacirctiment avec la preacutesence
drsquoune source de radon agrave une profondeur fixe du sol
Figure 6 Visualisation plane drsquoun maillage adapteacute agrave T2Rn avec des conditions aux limites renseigneacutees
Source de radon Sol Dalle Murs Inteacuterieur de lrsquohabitat Exteacuterieur de lrsquohabitat
212 DEVELOPPEMENTS
Le code TOUGH2EOS7Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacute par lrsquoIRSN en FORTRAN sur la base de la
plateforme TOUGH2 [8] La version ameacutelioreacutee T2Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacutee en 2016 en
collaboration avec CRC-LLC (Canyon Ridge Consulting) et LBNL (Lawrence Berkeley National
Laboratory) sur la base de la plateforme iTOUGH2 elle permet de tenir compte de
lrsquoeacutevaporation de la transpiration de la plante et du ruissellement de surface
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213 MODELES MATHEMATIQUES
Equations de transport du radon en milieu poreuxfractureacute bi-phasique
Les espegraveces mises en jeu dans le bilan de masse sont repreacutesenteacutees par lrsquoexposant i = Rn air
eau qui deacutesigne respectivement le radon 222 lrsquoair en tant que meacutelange homogegravene de
drsquoazote (N2) et drsquooxygegravene (O2) et la moleacutecule drsquoeau H2O Elles peuvent ecirctre preacutesentes dans
chacune des phases liquide et gazeuse deacutesigneacutee par α = l g
Bilan de masse
ݐන ܯ
= න Γ
+ න ݍ
(Eq 1)
V Volume de controcircle eacuteleacutementaire (m3)
Г Surface du volume de controcircle eacuteleacutementaire V (m2)
n Vecteur normal sortant de la surface Г ( - )
ܯ Masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3)
Flux de masse de lrsquoespegravece i (kg m-2 s-1)
ݍ Terme source ou puits de masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3 s-1)
Masse des espegraveces i
ܯ = ఈߩఈఈ
ఈ
+ ௗߩ ߩ ܭ
(Eq 2)
φ Porositeacute ( - )
ఈ Saturation de la phase α ( - )
ఈ Fraction massique de lrsquoespegravece i dans la phase α ( - )
ܭ Coefficient drsquoadsorption de lrsquoespegravece i agrave lrsquointerface solidegaz (m3 kg)
Termes source et puits du radon
൞
ோ = ோݑ ܧ minus ோߣ ܯோ
ோݑ = ௦ܥோߩௗ
ோܯ
(Eq 3)
E Facteur drsquoeacutemanation ( - )
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௦ܥோ Activiteacute massique du radium 226 dans la phase solide du solde la roche (Bqkg-1)
௦ߩ Masse volumique segraveche des particules solides du sol de la roche (kgm3)
ௗߩ Masse volumique segraveche du solde la roche (kgm3) avec ௗߩ = ( 1 minus ௦ߩ(
ோܯ Masse molaire moleacuteculaire du radon eacutegale agrave 0222 kg mol
Nombre drsquoAvogadro eacutegale agrave 60221023 atomesmol
ோߣ Constante de deacutesinteacutegration du radon (s-1) eacutegale agrave ln(2) ଵଶோ = 2110-1 s-1
ଵଶோ Temps de demi-vie du radon (s) eacutegale agrave 382 jours
Facteur drsquoeacutemanation
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele de Nielson et al (1982) deacutependant de la
saturation de la phase liquide
ܧ = )ܧ ) =
⎩⎪⎨
⎪௪ܧ⎧
lowast+ ܧ ൬1 minus
lowast൰ si lt lowast
௪ܧ sinon
(Eq 4)
௪ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat satureacute du sol ( - )
ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat sec du sol ( - )
Coefficient drsquoadsorption
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele empirique de Roger et Nielson (1991)
[10] deacutependant de la saturation de la phase liquide
ܭ ோ = ܭ
ோ exp(minus ) (Eq 5)
ܭ ோ Coefficient drsquoadsorption agrave lrsquoeacutetat sec de lrsquoespegravece i (m3kg)
Coefficient de correacutelation ( - )
Flux de masse
= ఈ ఈఈߩ
ఈ
minus ఈߩ ഥఈ સఈ
ఈ
(Eq 6)
ఈ Vitesse de Darcy intrinsegraveque agrave la phase α (m2 s)
ഥఈ Tenseur de dispersion (m2 s)
Le premier terme repreacutesente le flux de masse par convection et le second le flux diffusif
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Vitesse de Darcy
ఈ = minus ఈ
ఈߤ(સ ఈ minus (ఈߩ (Eq 7)
ఈ Pression de la phase α (Pa)
Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque (m2)
ఈ Permeacuteabiliteacute drsquoun sol non-satureacute relative agrave la phase α (-)
g Acceacuteleacuteration de la pesanteur (ms2)
Loi de Henry
A tempeacuterature constante la quantiteacute de gaz dissout en phase aqueuse est proportionnelle agrave
la pression partielle qursquoexerce ce gaz sur le liquide Drsquoougrave
= ுܭ
(Eq 8)
ுܭ Constante drsquo Henry (Pa)
Fraction molaire de lrsquoespegravece i dans la phase liquide ( - )
Tenseur de dispersion
ഥఈ = ఈ ఈ
ത (Eq 9)
ఈ Tortuositeacute de la phase α (-)
ఈ Coefficient de diffusion moleacuteculaire de lrsquoespegravece i dans la phase α (m2 s)
Tortuositeacute
La tortuositeacute est estimeacutee3 agrave lrsquoaide du modegravele de Millington et Quirk (1961)
ఈ = ( ఈ)ଷ ଶ (Eq 10)
Ces eacutequations sont reacutesolues agrave partir des proprieacuteteacutes hydrodynamiques et thermodynamiques
des solsroches telles que la pression de vapeur ௩௨ la pression capillaire des solsroches
Pc(Sl) et la permeacuteabiliteacute relative aux diffeacuterentes phases ఈ(Sl) (cf Saacircdi et al (2014) [8] )
3 Il existe drsquoautres choix de modegraveles possibles (cf Saacircdi et al(2014) pour plus de deacutetails [8] )
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Lrsquoinitialisation des profils de saturation en eau et de la pression du gaz du sol peut ecirctre
deacuteduite de la connaissance du niveau de la nappe ou par des mesures in-situ si elles sont
disponibles La concentration en radon dans la phase gaz est deacuteduite par le calcul de
lrsquoactiviteacute volumique du radon atteinte agrave lrsquoeacutequilibre en conditions stationnaires de
lrsquoeacutecoulement bi-phasique eau-air
Le systegraveme lineacuteaire drsquoeacutequations est obtenu par une discreacutetisation spatiale en volumes finis
du domaine drsquoeacutecoulement et une discreacutetisation temporelle par un scheacutema de type Euler
implicite Les variables de sortie sont les suivantes la pression de la phase gaz le degreacute de
saturation en gaz la pression partielle du radon et la tempeacuterature
Calcul du flux de radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
Deux approches sont possibles pour deacuteterminer le calcul du flux de radon agrave travers les dalles
et les murs drsquoune fondation Pour prendre en compte les fissures dans la dalle etou les
murs on peut utiliser soit une approche DCM (Discrete Crack Model) qui permet de
modeacuteliser explicitement les fissures dans le maillage ou une approche ECM (Equivalent
Continuum Model) consideacuterant les proprieacuteteacutes homogegravenes eacutequivalentes des dalles etou
murs fissureacutes
22 MA MODELES ANALYTIQUES ET SEMI-EMPIRIQUSE DE TRANSFERT DE
POLLUANTS GAZEUX SOL-BATIMENT
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) du CSTB dont les eacuteleacutements descriptifs sont issus de la
thegravese de Diallo (2013) [11] Ces modegraveles nrsquoont pas eacuteteacute utiliseacutes dans le cadre de ce travail de
stage Ils ont eacuteteacute utiliseacutes par le CSTB dans le cadre du benchmark Les reacutesultats qui en sont
issus seront discuteacutes dans les chapitres 3 en comparaison avec ceux obtenus avec T2Rn
221 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Les modegraveles analytiques fournissent les deacutebits drsquoair agrave lrsquointerface dalle-habitat obtenus par la
convection agrave travers le sol pour diffeacuterents types de soubassement dallage indeacutependant
dalle porteacutee vide sanitaire
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A partir du deacutebit drsquoair estimeacute les modegraveles semi-empiriques deacutetermine le flux drsquoentreacutee de
polluants dans un bacirctiment en tenant en compte du transfert coupleacute par convection et
diffusion Ils sont baseacutes sur une eacutetude numeacuterique qui a permis une meilleure compreacutehension
du comportement des polluants agrave lrsquointerface solbacirctiment
222 DEVELOPPEMENTS
Les modegraveles analytiques et semi-empiriques deacuteveloppeacutes lors de preacuteceacutedents travaux de
recherche par Diallo en 2013 [11] Les diffeacuterents modegraveles deacuteveloppeacutes ont eacuteteacute valideacutes
numeacuteriquement avec un modegravele CFD (Computational Fluid Dynamics) et expeacuterimentalement
avec des donneacutees issues de la litteacuterature
223 MODELES MATHEMATIQUES
Modegraveles de quantification de deacutebit drsquoair sol-bacirctiment
Les deacutebits entrant dans les bacirctiments sont exprimeacutes par une loi (analogue agrave celle de Darcy)
donnant une relation lineacuteaire entre le deacutebit et la pression
q = Rm-1 dP (Eq 11)
q est le deacutebit entrant dans le bacirctiment par uniteacute de longueur drsquoune faccedilade (m3s-1m-1) dP
est la diffeacuterence de pression motrice entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur du bacirctiment (Pa) et Rm
est la reacutesistance totale des diffeacuterents milieux traverseacutes par lrsquoair (Pasm-2) est deacutetermineacutee
par lrsquoassociation de plusieurs reacutesistances eacuteleacutementaires qui repreacutesentent plusieurs eacutevolutions
de lignes de courant dans les diffeacuterents milieux sol dalle fissure (voir Figure 7)
Figure 7 Configurations typiques de lignes de courant dans le sol [11]
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Le cas 1 correspond agrave des lignes de courant droites le cas 2 agrave des lignes de courants
circulaires le cas 3 agrave des lignes de courants atteignant un quart de cylindre et le cas 4 des
lignes de courants atteignant un demi-cylindre Les reacutesistances eacuteleacutementaires agrave leacutecoulement
agrave travers les diffeacuterents types de milieux sont donneacutees par
μ est la viscositeacute dynamique du fluide (Pas) ܪ la profondeur du cylindre (m) ܦ la
profondeur du cylindre (m) ݎ le rayon du cylindre (m) et k la permeacuteabiliteacute du milieu
traverseacute (msup2)
Le deacutebit drsquoair total peacuteneacutetrant un bacirctiment par lrsquointerface sol-bacirctiment est obtenu en
inteacutegrant la reacutesistance eacutequivalente correspondant agrave la typologie de soubassement eacutetudieacutee
Dans le cas drsquoun dallage porteacute le reacuteseau de reacutesistance est le suivant (Figure 8)
Figure 8 Typologie dalle porteacutee et reacuteseau de reacutesistances eacutequivalent [11]
Le deacutebit total drsquoair traversant le sol et la dalle porteacutee par uniteacute de longueur srsquoexprime
(Eq 12)
Les reacutesistances eacuteleacutementaires en jeu veacuterifient rmf1 = rcas1 rsmf = rcas4 rmf2 = rcas1 et rdalle = rcas1
leurs expressions eacutetant adapteacutees aux paramegravetres de leurs milieux respectifs
Le deacutebit total drsquoair entrant dans le bacirctiment par la dalle porteacutee est obtenu par inteacutegration du
deacutebit eacuteleacutementaires dqDP entre 2et ܮ) + ) 2 ce qui donne finalement
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Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
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23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
3 50
SOMMAIRE
Introduction 4
1 Origines et facteurs de la preacutesence de radon dans les bacirctiments 6
11 Proprieacuteteacutes radioactives du radon 6
12 Sources du radon dans lrsquoenvironnement 7
13 Exhalation du radon 7
14 Sources et voies drsquoentreacutee du radon dans les bacirctiments 10
2 Preacutesentation des modegraveles du benchmark 11
21 T2Rn Modegravele numeacuterique de transport du radon en milieux poreux sols et fondations de bacirctiments 11
211 Principes et champs drsquoapplication 11
212 Deacuteveloppements 12
213 Modegraveles matheacutematiques 13
22 MA Modegraveles analytiques et semi-empiriquse de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment 16
221 Principes et champs drsquoapplication 16
222 Deacuteveloppements 17
223 Modegraveles matheacutematiques 17
23 Diffeacuterences conceptuelles entre les modegraveles T2Rn et MA 20
3 Benchmark theacuteorique Bacirctiment avec dalle porteacutee sur terre-plein 21
31 Deacutefinition du benchmark 21
311 Hypothegraveses de modeacutelisation et geacuteomeacutetrie du systegraveme 21
312 Paramegravetres fixes et variables 22
32 Reacutesultats et discussions 24
321 Pheacutenomeacutenologie des modegraveles 24
322 Reacuteponses quantitatives des modegraveles 27
4 Benchmark reacutealiste Maison individuelle expertiseacutee 28
41 Description de lrsquohabitation 29
42 Informations et donneacutees de terrain disponibles 30
43 Hypothegraveses de modeacutelisation et paramegravetres 32
44 Reacutesultats et discussions 39
441 Exhalation du radon sur terrain nu 39
442 Exhalation du radon dans lrsquohabitat 41
443 Impact drsquoun remblai enrichi en radium 44
Conclusion 47
Reacutefeacuterences 49
4 50
INTRODUCTION
Le radon est un gaz radioactif incolore et inodore que lrsquoon retrouve naturellement dans
lrsquoenvironnement Il peut srsquoaccumuler dans les espaces clos tels que les bacirctiments et
constitue la premiegravere source drsquoexposition de la population aux rayonnements ionisants
drsquoorigine naturelle (Figure 1) [1] Par ailleurs le radon est reconnu par lrsquoOMS comme
canceacuterigegravene pulmonaire certain
Figure 1 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants (Bilan IRSN 2015 [1] )
Sa preacutesence dans les bacirctiments est lieacutee agrave la richesse en uranium des formations geacuteologiques
sous-jacentes drsquoune construction Cette source de radon naturelle combineacutee agrave la
permeacuteabiliteacute des constructions et agrave une ventilation insuffisante peut exposer les occupants
agrave des concentrations en radon parfois supeacuterieures agrave celles recommandeacutees par les autoriteacutes
sanitaires1
Dans ce contexte le 3egraveme Plan national drsquoActions pour la gestion du risque lieacute au Radon (PAR)
est mis en place [2] en 2016 Il preacutevoit notamment une action qui consiste agrave eacutevaluer les
influences respectives du sol naturel et de sources anthropiques sur la concentration en
radon dans les habitations Cette eacutevaluation est souvent reacutealisable par des mesures de
terrains seules Aussi lrsquoutilisation drsquooutils de simulations numeacuteriques en compleacutement
pourrait permettre drsquointerpreacuteter plus preacuteciseacutement la migration du radon depuis diffeacuterentes
sources jusque dans lrsquoair inteacuterieur drsquoun bacirctiment
1 En France la reacuteglementation sur le radon concerne certains Etablissements Recevant du Public (ERP) et
certains lieux de travail situeacutes dans 31 deacutepartements dits prioritaires la valeur seuil actuelle en moyenne
annuelle est de 400 becquerels par megravetre cube (Bqm3) Cette valeur devrait ecirctre ajusteacutee agrave 300 Bqm3 dans la
nouvelle reacuteglementation preacutevue pour 2017 httpswwwasnfrInformerDossiers-pedagogiquesLe-radonLa-reglementation
5 50
Pour reacutealiser cette action lrsquoIRSN et le Centre Scientifique et Technique du Bacirctiment (CSTB)
ont engageacute une collaboration pour deacutefinir une strateacutegie commune de modeacutelisation du
transport de radon du sol vers les bacirctiments sur la base de leurs outils de simulation
respectifs Pour simuler le transfert du radon dans le sol jusqursquoagrave lrsquointerface sol-bacirctiment
lrsquoIRSN utilise le code de calcul T2Rn (TOUGH2-Radon) et le CSTB emploie des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) Le premier travail de collaboration consiste agrave reacutealiser
un benchmark des codes T2Rn et MA en vue de choisir celui qui sera le plus apte agrave reacutepondre
agrave la probleacutematique poseacutee
Lrsquoobjectif du travail de stage est de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave ce benchmark avec le
code T2Rn Pour se faire les configurations de calculs agrave reacutealiser sont deacutefinies conjointement
avec le CSTB puis mises en œuvre avec T2Rn Une comparaison avec les reacutesultats obtenus
par lrsquoIRSN et le CSTB doit permettre de mettre en eacutevidence les potentialiteacutes respectives des
codes (hypothegraveses de fonctionnement) leurs limites drsquoapplication ainsi que leurs avantages
et inconveacutenients
Le preacutesent rapport rend compte des travaux reacutealiseacutes dans le cadre du travail de stage confieacute
La premiegravere partie introduit les origines et facteurs de preacutesence de radon dans les
bacirctiments La partie suivante apporte les descriptifs des modegraveles T2Rn et MA leurs champs
drsquoapplication les deacuteveloppements reacutealiseacutes leurs approches conceptuelles et les eacutequations
matheacutematiques y seront preacutesenteacutes La troisiegraveme partie restitue et discute les reacutesultats de
simulations obtenus dans le cadre du premier benchmark dit theacuteorique Il vise
essentiellement agrave donner des aperccedilus qualitatif et quantitatif des reacuteponses respectives de
T2Rn et MA pour un problegraveme laquo simple raquo veacuterifiant simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele La configuration retenue repreacutesente un bacirctiment avec une
dalle porteacutee sur terre-plein La quatriegraveme et derniegravere partie restitue et discute les reacutesultats
de simulations obtenus dans le cadre du second benchmark dit reacutealiste La configuration agrave
simuler est repreacutesentative drsquoune maison individuelle expertiseacutee par lrsquoIRSN et le CSTB dans la
reacutegion des Pays de la Loire Pour ce benchmark reacutealiste les flux drsquoexhalation du radon
mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation constituent des donneacutees de reacutefeacuterence
pour les modegraveles T2Rn et MA Dans le preacutesent rapport seuls les reacutesultats obtenus avec T2Rn
sont preacutesenteacutes les reacutesultats de MA eacutetant en cours de traitement par le CSTB
6 50
1 ORIGINES ET FACTEURS DE LA PRESENCE DE RADON DANS LES BATIMENTS
Le radon est un gaz radioactif incolore inodore et chimiquement inerte Il appartient agrave la
famille des gaz nobles de la classification de Mendeleiumlev de numeacutero atomique 86 Sa
preacutesence dans les bacirctiments est notamment lieacutee agrave la teneur du sol sous-jacent en ses
preacutecurseurs radioactifs et agrave lrsquoexistence de voies drsquoentreacutee au sein drsquoune construction
11 PROPRIETES RADIOACTIVES DU RADON
Le radon possegravede trois principaux isotopes radioactifs2 naturels 219Rn 220Rn et 222Rn
respectivement produits de deacutesinteacutegration de 235U 232Th et 238U Chaque isotope du radon
possegravede sa propre peacuteriode radioactive la plus longue eacutetant celle du radon 222 eacutegale agrave
382 jours Son preacutecurseur lrsquouranium 238 est preacutesent dans les roches agrave des teneurs plus
importantes que celles de lrsquouranium 232 ou 235 cela fait du radon 222 lrsquoisotope le plus
abondant dans lrsquoenvironnement
Les descendants du radon 222 sont des isotopes du polonium (Po) du plomb (Pb) et du
bismuth (Bi) ces eacuteleacutements solides donnent lieu agrave une succession de deacutesinteacutegrations
radioactives jusqursquoagrave la production de lrsquoisotope stable non-radioactif le plomb 206 La Figure
2 illustre la chaicircne radioactive de lrsquouranium 238 jusqursquoagrave obtention du 206Pb avec pour
indication les demi-vies des radionucleacuteides instables intermeacutediaires Dans la suite du texte la
deacutenomination radon deacutesignera son isotope 222
Figure 2 Chaicircne radioactive naturelle de lrsquouranium 238 [3]
2Le radon compte actuellement 27 isotopes allant de lrsquoisotope 200 agrave lrsquoisotope 216
7 50
12 SOURCES DU RADON DANS LrsquoENVIRONNEMENT
Le radon (Rn-222) provient de la deacutesinteacutegration α du radium (Ra-226) lui-mecircme descendant
de lrsquouranium (U-238) Ces radioeacuteleacutements se trouvent dans toutes les roches de la croucircte
terrestre geacuteneacuteralement agrave lrsquoeacutetat de trace Certaines formations peuvent en preacutesenter des
teneurs importantes on peut citer les roches magmatiques acides telles que les granites ou
encore certaines roches seacutedimentaires telles que les schistes noirs ou les charbons [3] [4]
Le sol issu de lrsquoalteacuteration des roches constitue aussi une source de radon avec neacuteanmoins
des teneurs en ses preacutecurseurs infeacuterieures agrave celles des roches drsquoorigine
13 EXHALATION DU RADON
Lrsquoexhalation du radon englobe lrsquoensemble des meacutecanismes conduisant agrave sa migration hors
du mateacuteriau poreux ougrave il srsquoest formeacute (geacuteneacuteralement du sol ou des formations rocheuses)
Deux processus se distinguent du pheacutenomegravene drsquoexhalation lrsquoeacutemanation et le transport La
Figure 3 en donne une illustration
Figure 3 Illustration du pheacutenomegravene drsquoexhalation (Source IRSN)
8 50
131 EacuteMANATION
Lrsquoeacutemanation est le meacutecanisme par lequel un atome de radon est libeacutereacute du grain solide dans
lequel il a eacuteteacute formeacute et arrive dans lrsquoespace libre des pores La quantiteacute drsquoatomes de radon
preacutesents dans les pores par rapport agrave celle totalement produite repreacutesente le facteur
drsquoeacutemanation du mateacuteriau Il est compris entre 0 et 1 le Tableau 1 indique des ordres de
grandeur du facteur drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de mateacuteriaux
Facteur moyen Gamme
Sol 01 001 - 05
Roches 008 lt 001-04
Mateacuteriaux de construction 005 lt 001-03
Briques drsquoargilebeacuteton
004015
002-0101-04
Tableau 1 Facteur drsquoeacutemanation du radon 222 pour divers mateacuteriaux [3]
Lrsquoeacutenergie de recul acquise par le radon au cours de sa formation lui permet de parcourir une
distance finie dite de recul Elle est de lrsquoordre de 002-007 μm dans les mineacuteraux de 01 μm
dans lrsquoeau et de 63 μm dans lrsquoair [5] Lrsquoenvironnement de deacutesinteacutegration du radium
conditionne donc le processus drsquoeacutemanation du radon Selon lrsquoagencement des grains solides
la taille des pores la teneur en eau ou encore la tempeacuterature du milieu quatre processus
drsquoeacutemanation peuvent se distinguer 1) Si le radon termine son recul dans lrsquoespace libre des
pores alors lrsquoeacutemanation se fait par recul direct 2) Si le radon reste pieacutegeacute dans le grain ougrave il a
eacuteteacute formeacute il peut eacutemaner par diffusion 3) La dissolution de la phase solide du grain dans
lequel est pieacutegeacute le radon peut eacutegalement conduire agrave son eacutemanation 4) Le radon peut
terminer son recul dans un grain adjacent agrave celui dans lequel il a eacuteteacute formeacute puis ecirctre libeacutereacute
par diffusion ou dissolution Dans ce cas lrsquoeacutemanation se fait par recul indirect
La Figure 4 illustre les trajectoires de recul possibles du radon au voisinage de lrsquointerface
entre deux grains en contact avec de lrsquoeau La distance de recul du radon dans lrsquoeau est
environ 10 fois infeacuterieure agrave celle observeacutee dans lrsquoair diminuant ainsi la probabiliteacute du radon
drsquoecirctre pieacutegeacute dans un grain voisin [5]
9 50
Figure 4 Trajectoires de recul possibles du radon au voisinage de deux grains (Source IRSN)
132 TRANSPORT
Apregraves eacutemanation le radon preacutesent dans lrsquoair ou lrsquoeau des pores chemine en direction de
lrsquoatmosphegravere traversant lrsquoensemble des mateacuteriaux poreux jusqursquoagrave atteindre les interfaces
sol-atmosphegravere ou sol-bacirctiment Le transport du radon vers la surface du sol est reacutegit par les
pheacutenomegravenes de diffusion et de convection
Diffusion
La diffusion est engendreacutee par lrsquoexistence drsquoun gradient spatial de concentration ce
pheacutenomegravene consiste agrave mobiliser les atomes de radon pour en homogeacuteneacuteiser la reacutepartition
spatiale faisant tendre les gradients de concentration vers zeacutero La mobilisation du radon
engendreacute par diffusion deacutepend du milieu traverseacute il diffuse par exemple plus rapidement
dans lrsquoair que dans lrsquoeau et drsquoautant plus facilement que le mateacuteriau poreux traverseacute est peu
compacteacute Lrsquoactiviteacute volumique du radon reacutesultant de la diffusion se quantifie par un
coefficient de diffusion quelques ordres de grandeur en sont reporteacutes dans le Tableau 2
Coefficient moyen gamme
AirEauSolsMateacuteriaux de construction
10-5
10-9
510-6
510-7
10-8
agrave 10-5
10-8
agrave 10-6
Tableau 2 Coefficient de diffusion du radon (msup2s) [3]
10 50
Convection
La convection est un pheacutenomegravene de transport par lequel le radon est mobiliseacute via le champ
de vitesse drsquoun eacutecoulement gazeux ou liquide Elle peut preacutedominer la diffusion au voisinage
des interfaces sol-atmosphegravere ougrave lrsquoexistence de forts gradients de pression favorise lrsquoinertie
de lrsquoair environnant Les stratifications thermiques du sol peuvent aussi engendrer
drsquoimportants mouvements fluides et mobiliser le radon
14 SOURCES ET VOIES DrsquoENTREE DU RADON DANS LES BATIMENTS
La roche et le sol sous-jacents un bacirctiment constituent les sources principales du radon dans
lrsquoair inteacuterieur Dans une moindre mesure drsquoautres sources de radon peuvent ecirctre
consideacutereacutees les mateacuteriaux de constructions lrsquoeau du robinet ou encore la combustion du
gaz naturel ou du charbon de bois La contribution respective de ces diffeacuterentes sources
dans la part de radon pouvant entrer dans une construction est tregraves variable Neacuteanmoins la
provenance du sol sous-jacent reste majoritaire et constitue la source drsquointeacuterecirct principale
de la preacutesente eacutetude [3] [6]
A des profondeurs geacuteneacuteralement supeacuterieures agrave 2 megravetres le vent et les fluctuations de
pression entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur drsquoun bacirctiment ont peu drsquoeffet sur le transport du
radon pour de telles profondeurs la convection est souvent peu importante par rapport agrave la
diffusion
Lrsquoentreacutee du radon dans les bacirctiments peut ecirctre favoriseacutee par les facteurs suivants [7]
La preacutesence des passages de canalisations (eau eacutelectriciteacute plomberie)
La permeacuteabiliteacute du plancher lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de trous ou de fissures
La permeacuteabiliteacute des faccedilades lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de portes et fenecirctres
La Figure 5 illustre les diffeacuterentes voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment
11 50
Figure 5 Illustration des voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment (Source IRSN)
2 PRESENTATION DES MODELES A COMPARER
Dans lrsquooptique drsquoune eacutetude comparative une description des modegraveles respectivement
utiliseacutes par lrsquoIRSN et le CSTB est reacutealiseacutee
21 T2RN MODELE NUMERIQUE DE TRANSPORT DU RADON EN MILIEUX POREUX
SOLS ET FONDATIONS DE BATIMENTS
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication de lrsquooutil T2Rn
(TOUGH2-Radon anciennement TOUGH2EOS7Rn) de lrsquoIRSN utiliseacute dans le cadre de ce
travail de stage [8] [9]
211 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Le code de calcul T2Rn est la version actuelle ameacutelioreacutee du code TOUGH2EOS7Rn Il permet
lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes transitoires de transport du radon en 3D dans des milieux poreux
ou fractureacutes bi-phasique (eau-air) Il permet drsquoeacutetudier des cas complexes de transfert depuis
le sol et les vides souterrains vers les bacirctiments en vue de deacuteterminer les voies principales
de transfert du radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
12 50
Lrsquoutilisation du code T2Rn se base sur un maillage constitueacute de volumes finis permettant de
modeacuteliser des systegravemes agrave geacuteomeacutetrie varieacutee T2Rn tient compte des proprieacuteteacutes physiques
hydrodynamiques de transport (eacutemanation diffusion dissolution adsorption) et
thermiques du sol et sous-sol sous-jacent les bacirctiments et les mateacuteriaux constituant la
fondation du bacirctiment tels que la dalle et les murs en cas de cave ou partie drsquoune maison
enterreacutee dans le sol Les proprieacuteteacutes de transport peuvent ecirctre deacutependantes des proprieacuteteacutes
hydriques et thermodynamiques telles que la saturation en eau et la pression et la
tempeacuterature du gaz
Les conditions aux limites peuvent ecirctre constantes ou deacutependantes du temps pour inclure
les donneacutees meacuteteacuteorologiques qui regravegnent en surface telles que la pluie lrsquoeacutevapotranspiration
la pression et la tempeacuterature de lrsquoair atmospheacuterique La Figure 6 donne un exemple de
maillage adapteacute agrave T2Rn repreacutesentant un systegraveme plan sol-bacirctiment avec la preacutesence
drsquoune source de radon agrave une profondeur fixe du sol
Figure 6 Visualisation plane drsquoun maillage adapteacute agrave T2Rn avec des conditions aux limites renseigneacutees
Source de radon Sol Dalle Murs Inteacuterieur de lrsquohabitat Exteacuterieur de lrsquohabitat
212 DEVELOPPEMENTS
Le code TOUGH2EOS7Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacute par lrsquoIRSN en FORTRAN sur la base de la
plateforme TOUGH2 [8] La version ameacutelioreacutee T2Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacutee en 2016 en
collaboration avec CRC-LLC (Canyon Ridge Consulting) et LBNL (Lawrence Berkeley National
Laboratory) sur la base de la plateforme iTOUGH2 elle permet de tenir compte de
lrsquoeacutevaporation de la transpiration de la plante et du ruissellement de surface
13 50
213 MODELES MATHEMATIQUES
Equations de transport du radon en milieu poreuxfractureacute bi-phasique
Les espegraveces mises en jeu dans le bilan de masse sont repreacutesenteacutees par lrsquoexposant i = Rn air
eau qui deacutesigne respectivement le radon 222 lrsquoair en tant que meacutelange homogegravene de
drsquoazote (N2) et drsquooxygegravene (O2) et la moleacutecule drsquoeau H2O Elles peuvent ecirctre preacutesentes dans
chacune des phases liquide et gazeuse deacutesigneacutee par α = l g
Bilan de masse
ݐන ܯ
= න Γ
+ න ݍ
(Eq 1)
V Volume de controcircle eacuteleacutementaire (m3)
Г Surface du volume de controcircle eacuteleacutementaire V (m2)
n Vecteur normal sortant de la surface Г ( - )
ܯ Masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3)
Flux de masse de lrsquoespegravece i (kg m-2 s-1)
ݍ Terme source ou puits de masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3 s-1)
Masse des espegraveces i
ܯ = ఈߩఈఈ
ఈ
+ ௗߩ ߩ ܭ
(Eq 2)
φ Porositeacute ( - )
ఈ Saturation de la phase α ( - )
ఈ Fraction massique de lrsquoespegravece i dans la phase α ( - )
ܭ Coefficient drsquoadsorption de lrsquoespegravece i agrave lrsquointerface solidegaz (m3 kg)
Termes source et puits du radon
൞
ோ = ோݑ ܧ minus ோߣ ܯோ
ோݑ = ௦ܥோߩௗ
ோܯ
(Eq 3)
E Facteur drsquoeacutemanation ( - )
14 50
௦ܥோ Activiteacute massique du radium 226 dans la phase solide du solde la roche (Bqkg-1)
௦ߩ Masse volumique segraveche des particules solides du sol de la roche (kgm3)
ௗߩ Masse volumique segraveche du solde la roche (kgm3) avec ௗߩ = ( 1 minus ௦ߩ(
ோܯ Masse molaire moleacuteculaire du radon eacutegale agrave 0222 kg mol
Nombre drsquoAvogadro eacutegale agrave 60221023 atomesmol
ோߣ Constante de deacutesinteacutegration du radon (s-1) eacutegale agrave ln(2) ଵଶோ = 2110-1 s-1
ଵଶோ Temps de demi-vie du radon (s) eacutegale agrave 382 jours
Facteur drsquoeacutemanation
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele de Nielson et al (1982) deacutependant de la
saturation de la phase liquide
ܧ = )ܧ ) =
⎩⎪⎨
⎪௪ܧ⎧
lowast+ ܧ ൬1 minus
lowast൰ si lt lowast
௪ܧ sinon
(Eq 4)
௪ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat satureacute du sol ( - )
ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat sec du sol ( - )
Coefficient drsquoadsorption
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele empirique de Roger et Nielson (1991)
[10] deacutependant de la saturation de la phase liquide
ܭ ோ = ܭ
ோ exp(minus ) (Eq 5)
ܭ ோ Coefficient drsquoadsorption agrave lrsquoeacutetat sec de lrsquoespegravece i (m3kg)
Coefficient de correacutelation ( - )
Flux de masse
= ఈ ఈఈߩ
ఈ
minus ఈߩ ഥఈ સఈ
ఈ
(Eq 6)
ఈ Vitesse de Darcy intrinsegraveque agrave la phase α (m2 s)
ഥఈ Tenseur de dispersion (m2 s)
Le premier terme repreacutesente le flux de masse par convection et le second le flux diffusif
15 50
Vitesse de Darcy
ఈ = minus ఈ
ఈߤ(સ ఈ minus (ఈߩ (Eq 7)
ఈ Pression de la phase α (Pa)
Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque (m2)
ఈ Permeacuteabiliteacute drsquoun sol non-satureacute relative agrave la phase α (-)
g Acceacuteleacuteration de la pesanteur (ms2)
Loi de Henry
A tempeacuterature constante la quantiteacute de gaz dissout en phase aqueuse est proportionnelle agrave
la pression partielle qursquoexerce ce gaz sur le liquide Drsquoougrave
= ுܭ
(Eq 8)
ுܭ Constante drsquo Henry (Pa)
Fraction molaire de lrsquoespegravece i dans la phase liquide ( - )
Tenseur de dispersion
ഥఈ = ఈ ఈ
ത (Eq 9)
ఈ Tortuositeacute de la phase α (-)
ఈ Coefficient de diffusion moleacuteculaire de lrsquoespegravece i dans la phase α (m2 s)
Tortuositeacute
La tortuositeacute est estimeacutee3 agrave lrsquoaide du modegravele de Millington et Quirk (1961)
ఈ = ( ఈ)ଷ ଶ (Eq 10)
Ces eacutequations sont reacutesolues agrave partir des proprieacuteteacutes hydrodynamiques et thermodynamiques
des solsroches telles que la pression de vapeur ௩௨ la pression capillaire des solsroches
Pc(Sl) et la permeacuteabiliteacute relative aux diffeacuterentes phases ఈ(Sl) (cf Saacircdi et al (2014) [8] )
3 Il existe drsquoautres choix de modegraveles possibles (cf Saacircdi et al(2014) pour plus de deacutetails [8] )
16 50
Lrsquoinitialisation des profils de saturation en eau et de la pression du gaz du sol peut ecirctre
deacuteduite de la connaissance du niveau de la nappe ou par des mesures in-situ si elles sont
disponibles La concentration en radon dans la phase gaz est deacuteduite par le calcul de
lrsquoactiviteacute volumique du radon atteinte agrave lrsquoeacutequilibre en conditions stationnaires de
lrsquoeacutecoulement bi-phasique eau-air
Le systegraveme lineacuteaire drsquoeacutequations est obtenu par une discreacutetisation spatiale en volumes finis
du domaine drsquoeacutecoulement et une discreacutetisation temporelle par un scheacutema de type Euler
implicite Les variables de sortie sont les suivantes la pression de la phase gaz le degreacute de
saturation en gaz la pression partielle du radon et la tempeacuterature
Calcul du flux de radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
Deux approches sont possibles pour deacuteterminer le calcul du flux de radon agrave travers les dalles
et les murs drsquoune fondation Pour prendre en compte les fissures dans la dalle etou les
murs on peut utiliser soit une approche DCM (Discrete Crack Model) qui permet de
modeacuteliser explicitement les fissures dans le maillage ou une approche ECM (Equivalent
Continuum Model) consideacuterant les proprieacuteteacutes homogegravenes eacutequivalentes des dalles etou
murs fissureacutes
22 MA MODELES ANALYTIQUES ET SEMI-EMPIRIQUSE DE TRANSFERT DE
POLLUANTS GAZEUX SOL-BATIMENT
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) du CSTB dont les eacuteleacutements descriptifs sont issus de la
thegravese de Diallo (2013) [11] Ces modegraveles nrsquoont pas eacuteteacute utiliseacutes dans le cadre de ce travail de
stage Ils ont eacuteteacute utiliseacutes par le CSTB dans le cadre du benchmark Les reacutesultats qui en sont
issus seront discuteacutes dans les chapitres 3 en comparaison avec ceux obtenus avec T2Rn
221 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Les modegraveles analytiques fournissent les deacutebits drsquoair agrave lrsquointerface dalle-habitat obtenus par la
convection agrave travers le sol pour diffeacuterents types de soubassement dallage indeacutependant
dalle porteacutee vide sanitaire
17 50
A partir du deacutebit drsquoair estimeacute les modegraveles semi-empiriques deacutetermine le flux drsquoentreacutee de
polluants dans un bacirctiment en tenant en compte du transfert coupleacute par convection et
diffusion Ils sont baseacutes sur une eacutetude numeacuterique qui a permis une meilleure compreacutehension
du comportement des polluants agrave lrsquointerface solbacirctiment
222 DEVELOPPEMENTS
Les modegraveles analytiques et semi-empiriques deacuteveloppeacutes lors de preacuteceacutedents travaux de
recherche par Diallo en 2013 [11] Les diffeacuterents modegraveles deacuteveloppeacutes ont eacuteteacute valideacutes
numeacuteriquement avec un modegravele CFD (Computational Fluid Dynamics) et expeacuterimentalement
avec des donneacutees issues de la litteacuterature
223 MODELES MATHEMATIQUES
Modegraveles de quantification de deacutebit drsquoair sol-bacirctiment
Les deacutebits entrant dans les bacirctiments sont exprimeacutes par une loi (analogue agrave celle de Darcy)
donnant une relation lineacuteaire entre le deacutebit et la pression
q = Rm-1 dP (Eq 11)
q est le deacutebit entrant dans le bacirctiment par uniteacute de longueur drsquoune faccedilade (m3s-1m-1) dP
est la diffeacuterence de pression motrice entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur du bacirctiment (Pa) et Rm
est la reacutesistance totale des diffeacuterents milieux traverseacutes par lrsquoair (Pasm-2) est deacutetermineacutee
par lrsquoassociation de plusieurs reacutesistances eacuteleacutementaires qui repreacutesentent plusieurs eacutevolutions
de lignes de courant dans les diffeacuterents milieux sol dalle fissure (voir Figure 7)
Figure 7 Configurations typiques de lignes de courant dans le sol [11]
18 50
Le cas 1 correspond agrave des lignes de courant droites le cas 2 agrave des lignes de courants
circulaires le cas 3 agrave des lignes de courants atteignant un quart de cylindre et le cas 4 des
lignes de courants atteignant un demi-cylindre Les reacutesistances eacuteleacutementaires agrave leacutecoulement
agrave travers les diffeacuterents types de milieux sont donneacutees par
μ est la viscositeacute dynamique du fluide (Pas) ܪ la profondeur du cylindre (m) ܦ la
profondeur du cylindre (m) ݎ le rayon du cylindre (m) et k la permeacuteabiliteacute du milieu
traverseacute (msup2)
Le deacutebit drsquoair total peacuteneacutetrant un bacirctiment par lrsquointerface sol-bacirctiment est obtenu en
inteacutegrant la reacutesistance eacutequivalente correspondant agrave la typologie de soubassement eacutetudieacutee
Dans le cas drsquoun dallage porteacute le reacuteseau de reacutesistance est le suivant (Figure 8)
Figure 8 Typologie dalle porteacutee et reacuteseau de reacutesistances eacutequivalent [11]
Le deacutebit total drsquoair traversant le sol et la dalle porteacutee par uniteacute de longueur srsquoexprime
(Eq 12)
Les reacutesistances eacuteleacutementaires en jeu veacuterifient rmf1 = rcas1 rsmf = rcas4 rmf2 = rcas1 et rdalle = rcas1
leurs expressions eacutetant adapteacutees aux paramegravetres de leurs milieux respectifs
Le deacutebit total drsquoair entrant dans le bacirctiment par la dalle porteacutee est obtenu par inteacutegration du
deacutebit eacuteleacutementaires dqDP entre 2et ܮ) + ) 2 ce qui donne finalement
19 50
Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
4 50
INTRODUCTION
Le radon est un gaz radioactif incolore et inodore que lrsquoon retrouve naturellement dans
lrsquoenvironnement Il peut srsquoaccumuler dans les espaces clos tels que les bacirctiments et
constitue la premiegravere source drsquoexposition de la population aux rayonnements ionisants
drsquoorigine naturelle (Figure 1) [1] Par ailleurs le radon est reconnu par lrsquoOMS comme
canceacuterigegravene pulmonaire certain
Figure 1 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants (Bilan IRSN 2015 [1] )
Sa preacutesence dans les bacirctiments est lieacutee agrave la richesse en uranium des formations geacuteologiques
sous-jacentes drsquoune construction Cette source de radon naturelle combineacutee agrave la
permeacuteabiliteacute des constructions et agrave une ventilation insuffisante peut exposer les occupants
agrave des concentrations en radon parfois supeacuterieures agrave celles recommandeacutees par les autoriteacutes
sanitaires1
Dans ce contexte le 3egraveme Plan national drsquoActions pour la gestion du risque lieacute au Radon (PAR)
est mis en place [2] en 2016 Il preacutevoit notamment une action qui consiste agrave eacutevaluer les
influences respectives du sol naturel et de sources anthropiques sur la concentration en
radon dans les habitations Cette eacutevaluation est souvent reacutealisable par des mesures de
terrains seules Aussi lrsquoutilisation drsquooutils de simulations numeacuteriques en compleacutement
pourrait permettre drsquointerpreacuteter plus preacuteciseacutement la migration du radon depuis diffeacuterentes
sources jusque dans lrsquoair inteacuterieur drsquoun bacirctiment
1 En France la reacuteglementation sur le radon concerne certains Etablissements Recevant du Public (ERP) et
certains lieux de travail situeacutes dans 31 deacutepartements dits prioritaires la valeur seuil actuelle en moyenne
annuelle est de 400 becquerels par megravetre cube (Bqm3) Cette valeur devrait ecirctre ajusteacutee agrave 300 Bqm3 dans la
nouvelle reacuteglementation preacutevue pour 2017 httpswwwasnfrInformerDossiers-pedagogiquesLe-radonLa-reglementation
5 50
Pour reacutealiser cette action lrsquoIRSN et le Centre Scientifique et Technique du Bacirctiment (CSTB)
ont engageacute une collaboration pour deacutefinir une strateacutegie commune de modeacutelisation du
transport de radon du sol vers les bacirctiments sur la base de leurs outils de simulation
respectifs Pour simuler le transfert du radon dans le sol jusqursquoagrave lrsquointerface sol-bacirctiment
lrsquoIRSN utilise le code de calcul T2Rn (TOUGH2-Radon) et le CSTB emploie des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) Le premier travail de collaboration consiste agrave reacutealiser
un benchmark des codes T2Rn et MA en vue de choisir celui qui sera le plus apte agrave reacutepondre
agrave la probleacutematique poseacutee
Lrsquoobjectif du travail de stage est de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave ce benchmark avec le
code T2Rn Pour se faire les configurations de calculs agrave reacutealiser sont deacutefinies conjointement
avec le CSTB puis mises en œuvre avec T2Rn Une comparaison avec les reacutesultats obtenus
par lrsquoIRSN et le CSTB doit permettre de mettre en eacutevidence les potentialiteacutes respectives des
codes (hypothegraveses de fonctionnement) leurs limites drsquoapplication ainsi que leurs avantages
et inconveacutenients
Le preacutesent rapport rend compte des travaux reacutealiseacutes dans le cadre du travail de stage confieacute
La premiegravere partie introduit les origines et facteurs de preacutesence de radon dans les
bacirctiments La partie suivante apporte les descriptifs des modegraveles T2Rn et MA leurs champs
drsquoapplication les deacuteveloppements reacutealiseacutes leurs approches conceptuelles et les eacutequations
matheacutematiques y seront preacutesenteacutes La troisiegraveme partie restitue et discute les reacutesultats de
simulations obtenus dans le cadre du premier benchmark dit theacuteorique Il vise
essentiellement agrave donner des aperccedilus qualitatif et quantitatif des reacuteponses respectives de
T2Rn et MA pour un problegraveme laquo simple raquo veacuterifiant simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele La configuration retenue repreacutesente un bacirctiment avec une
dalle porteacutee sur terre-plein La quatriegraveme et derniegravere partie restitue et discute les reacutesultats
de simulations obtenus dans le cadre du second benchmark dit reacutealiste La configuration agrave
simuler est repreacutesentative drsquoune maison individuelle expertiseacutee par lrsquoIRSN et le CSTB dans la
reacutegion des Pays de la Loire Pour ce benchmark reacutealiste les flux drsquoexhalation du radon
mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation constituent des donneacutees de reacutefeacuterence
pour les modegraveles T2Rn et MA Dans le preacutesent rapport seuls les reacutesultats obtenus avec T2Rn
sont preacutesenteacutes les reacutesultats de MA eacutetant en cours de traitement par le CSTB
6 50
1 ORIGINES ET FACTEURS DE LA PRESENCE DE RADON DANS LES BATIMENTS
Le radon est un gaz radioactif incolore inodore et chimiquement inerte Il appartient agrave la
famille des gaz nobles de la classification de Mendeleiumlev de numeacutero atomique 86 Sa
preacutesence dans les bacirctiments est notamment lieacutee agrave la teneur du sol sous-jacent en ses
preacutecurseurs radioactifs et agrave lrsquoexistence de voies drsquoentreacutee au sein drsquoune construction
11 PROPRIETES RADIOACTIVES DU RADON
Le radon possegravede trois principaux isotopes radioactifs2 naturels 219Rn 220Rn et 222Rn
respectivement produits de deacutesinteacutegration de 235U 232Th et 238U Chaque isotope du radon
possegravede sa propre peacuteriode radioactive la plus longue eacutetant celle du radon 222 eacutegale agrave
382 jours Son preacutecurseur lrsquouranium 238 est preacutesent dans les roches agrave des teneurs plus
importantes que celles de lrsquouranium 232 ou 235 cela fait du radon 222 lrsquoisotope le plus
abondant dans lrsquoenvironnement
Les descendants du radon 222 sont des isotopes du polonium (Po) du plomb (Pb) et du
bismuth (Bi) ces eacuteleacutements solides donnent lieu agrave une succession de deacutesinteacutegrations
radioactives jusqursquoagrave la production de lrsquoisotope stable non-radioactif le plomb 206 La Figure
2 illustre la chaicircne radioactive de lrsquouranium 238 jusqursquoagrave obtention du 206Pb avec pour
indication les demi-vies des radionucleacuteides instables intermeacutediaires Dans la suite du texte la
deacutenomination radon deacutesignera son isotope 222
Figure 2 Chaicircne radioactive naturelle de lrsquouranium 238 [3]
2Le radon compte actuellement 27 isotopes allant de lrsquoisotope 200 agrave lrsquoisotope 216
7 50
12 SOURCES DU RADON DANS LrsquoENVIRONNEMENT
Le radon (Rn-222) provient de la deacutesinteacutegration α du radium (Ra-226) lui-mecircme descendant
de lrsquouranium (U-238) Ces radioeacuteleacutements se trouvent dans toutes les roches de la croucircte
terrestre geacuteneacuteralement agrave lrsquoeacutetat de trace Certaines formations peuvent en preacutesenter des
teneurs importantes on peut citer les roches magmatiques acides telles que les granites ou
encore certaines roches seacutedimentaires telles que les schistes noirs ou les charbons [3] [4]
Le sol issu de lrsquoalteacuteration des roches constitue aussi une source de radon avec neacuteanmoins
des teneurs en ses preacutecurseurs infeacuterieures agrave celles des roches drsquoorigine
13 EXHALATION DU RADON
Lrsquoexhalation du radon englobe lrsquoensemble des meacutecanismes conduisant agrave sa migration hors
du mateacuteriau poreux ougrave il srsquoest formeacute (geacuteneacuteralement du sol ou des formations rocheuses)
Deux processus se distinguent du pheacutenomegravene drsquoexhalation lrsquoeacutemanation et le transport La
Figure 3 en donne une illustration
Figure 3 Illustration du pheacutenomegravene drsquoexhalation (Source IRSN)
8 50
131 EacuteMANATION
Lrsquoeacutemanation est le meacutecanisme par lequel un atome de radon est libeacutereacute du grain solide dans
lequel il a eacuteteacute formeacute et arrive dans lrsquoespace libre des pores La quantiteacute drsquoatomes de radon
preacutesents dans les pores par rapport agrave celle totalement produite repreacutesente le facteur
drsquoeacutemanation du mateacuteriau Il est compris entre 0 et 1 le Tableau 1 indique des ordres de
grandeur du facteur drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de mateacuteriaux
Facteur moyen Gamme
Sol 01 001 - 05
Roches 008 lt 001-04
Mateacuteriaux de construction 005 lt 001-03
Briques drsquoargilebeacuteton
004015
002-0101-04
Tableau 1 Facteur drsquoeacutemanation du radon 222 pour divers mateacuteriaux [3]
Lrsquoeacutenergie de recul acquise par le radon au cours de sa formation lui permet de parcourir une
distance finie dite de recul Elle est de lrsquoordre de 002-007 μm dans les mineacuteraux de 01 μm
dans lrsquoeau et de 63 μm dans lrsquoair [5] Lrsquoenvironnement de deacutesinteacutegration du radium
conditionne donc le processus drsquoeacutemanation du radon Selon lrsquoagencement des grains solides
la taille des pores la teneur en eau ou encore la tempeacuterature du milieu quatre processus
drsquoeacutemanation peuvent se distinguer 1) Si le radon termine son recul dans lrsquoespace libre des
pores alors lrsquoeacutemanation se fait par recul direct 2) Si le radon reste pieacutegeacute dans le grain ougrave il a
eacuteteacute formeacute il peut eacutemaner par diffusion 3) La dissolution de la phase solide du grain dans
lequel est pieacutegeacute le radon peut eacutegalement conduire agrave son eacutemanation 4) Le radon peut
terminer son recul dans un grain adjacent agrave celui dans lequel il a eacuteteacute formeacute puis ecirctre libeacutereacute
par diffusion ou dissolution Dans ce cas lrsquoeacutemanation se fait par recul indirect
La Figure 4 illustre les trajectoires de recul possibles du radon au voisinage de lrsquointerface
entre deux grains en contact avec de lrsquoeau La distance de recul du radon dans lrsquoeau est
environ 10 fois infeacuterieure agrave celle observeacutee dans lrsquoair diminuant ainsi la probabiliteacute du radon
drsquoecirctre pieacutegeacute dans un grain voisin [5]
9 50
Figure 4 Trajectoires de recul possibles du radon au voisinage de deux grains (Source IRSN)
132 TRANSPORT
Apregraves eacutemanation le radon preacutesent dans lrsquoair ou lrsquoeau des pores chemine en direction de
lrsquoatmosphegravere traversant lrsquoensemble des mateacuteriaux poreux jusqursquoagrave atteindre les interfaces
sol-atmosphegravere ou sol-bacirctiment Le transport du radon vers la surface du sol est reacutegit par les
pheacutenomegravenes de diffusion et de convection
Diffusion
La diffusion est engendreacutee par lrsquoexistence drsquoun gradient spatial de concentration ce
pheacutenomegravene consiste agrave mobiliser les atomes de radon pour en homogeacuteneacuteiser la reacutepartition
spatiale faisant tendre les gradients de concentration vers zeacutero La mobilisation du radon
engendreacute par diffusion deacutepend du milieu traverseacute il diffuse par exemple plus rapidement
dans lrsquoair que dans lrsquoeau et drsquoautant plus facilement que le mateacuteriau poreux traverseacute est peu
compacteacute Lrsquoactiviteacute volumique du radon reacutesultant de la diffusion se quantifie par un
coefficient de diffusion quelques ordres de grandeur en sont reporteacutes dans le Tableau 2
Coefficient moyen gamme
AirEauSolsMateacuteriaux de construction
10-5
10-9
510-6
510-7
10-8
agrave 10-5
10-8
agrave 10-6
Tableau 2 Coefficient de diffusion du radon (msup2s) [3]
10 50
Convection
La convection est un pheacutenomegravene de transport par lequel le radon est mobiliseacute via le champ
de vitesse drsquoun eacutecoulement gazeux ou liquide Elle peut preacutedominer la diffusion au voisinage
des interfaces sol-atmosphegravere ougrave lrsquoexistence de forts gradients de pression favorise lrsquoinertie
de lrsquoair environnant Les stratifications thermiques du sol peuvent aussi engendrer
drsquoimportants mouvements fluides et mobiliser le radon
14 SOURCES ET VOIES DrsquoENTREE DU RADON DANS LES BATIMENTS
La roche et le sol sous-jacents un bacirctiment constituent les sources principales du radon dans
lrsquoair inteacuterieur Dans une moindre mesure drsquoautres sources de radon peuvent ecirctre
consideacutereacutees les mateacuteriaux de constructions lrsquoeau du robinet ou encore la combustion du
gaz naturel ou du charbon de bois La contribution respective de ces diffeacuterentes sources
dans la part de radon pouvant entrer dans une construction est tregraves variable Neacuteanmoins la
provenance du sol sous-jacent reste majoritaire et constitue la source drsquointeacuterecirct principale
de la preacutesente eacutetude [3] [6]
A des profondeurs geacuteneacuteralement supeacuterieures agrave 2 megravetres le vent et les fluctuations de
pression entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur drsquoun bacirctiment ont peu drsquoeffet sur le transport du
radon pour de telles profondeurs la convection est souvent peu importante par rapport agrave la
diffusion
Lrsquoentreacutee du radon dans les bacirctiments peut ecirctre favoriseacutee par les facteurs suivants [7]
La preacutesence des passages de canalisations (eau eacutelectriciteacute plomberie)
La permeacuteabiliteacute du plancher lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de trous ou de fissures
La permeacuteabiliteacute des faccedilades lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de portes et fenecirctres
La Figure 5 illustre les diffeacuterentes voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment
11 50
Figure 5 Illustration des voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment (Source IRSN)
2 PRESENTATION DES MODELES A COMPARER
Dans lrsquooptique drsquoune eacutetude comparative une description des modegraveles respectivement
utiliseacutes par lrsquoIRSN et le CSTB est reacutealiseacutee
21 T2RN MODELE NUMERIQUE DE TRANSPORT DU RADON EN MILIEUX POREUX
SOLS ET FONDATIONS DE BATIMENTS
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication de lrsquooutil T2Rn
(TOUGH2-Radon anciennement TOUGH2EOS7Rn) de lrsquoIRSN utiliseacute dans le cadre de ce
travail de stage [8] [9]
211 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Le code de calcul T2Rn est la version actuelle ameacutelioreacutee du code TOUGH2EOS7Rn Il permet
lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes transitoires de transport du radon en 3D dans des milieux poreux
ou fractureacutes bi-phasique (eau-air) Il permet drsquoeacutetudier des cas complexes de transfert depuis
le sol et les vides souterrains vers les bacirctiments en vue de deacuteterminer les voies principales
de transfert du radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
12 50
Lrsquoutilisation du code T2Rn se base sur un maillage constitueacute de volumes finis permettant de
modeacuteliser des systegravemes agrave geacuteomeacutetrie varieacutee T2Rn tient compte des proprieacuteteacutes physiques
hydrodynamiques de transport (eacutemanation diffusion dissolution adsorption) et
thermiques du sol et sous-sol sous-jacent les bacirctiments et les mateacuteriaux constituant la
fondation du bacirctiment tels que la dalle et les murs en cas de cave ou partie drsquoune maison
enterreacutee dans le sol Les proprieacuteteacutes de transport peuvent ecirctre deacutependantes des proprieacuteteacutes
hydriques et thermodynamiques telles que la saturation en eau et la pression et la
tempeacuterature du gaz
Les conditions aux limites peuvent ecirctre constantes ou deacutependantes du temps pour inclure
les donneacutees meacuteteacuteorologiques qui regravegnent en surface telles que la pluie lrsquoeacutevapotranspiration
la pression et la tempeacuterature de lrsquoair atmospheacuterique La Figure 6 donne un exemple de
maillage adapteacute agrave T2Rn repreacutesentant un systegraveme plan sol-bacirctiment avec la preacutesence
drsquoune source de radon agrave une profondeur fixe du sol
Figure 6 Visualisation plane drsquoun maillage adapteacute agrave T2Rn avec des conditions aux limites renseigneacutees
Source de radon Sol Dalle Murs Inteacuterieur de lrsquohabitat Exteacuterieur de lrsquohabitat
212 DEVELOPPEMENTS
Le code TOUGH2EOS7Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacute par lrsquoIRSN en FORTRAN sur la base de la
plateforme TOUGH2 [8] La version ameacutelioreacutee T2Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacutee en 2016 en
collaboration avec CRC-LLC (Canyon Ridge Consulting) et LBNL (Lawrence Berkeley National
Laboratory) sur la base de la plateforme iTOUGH2 elle permet de tenir compte de
lrsquoeacutevaporation de la transpiration de la plante et du ruissellement de surface
13 50
213 MODELES MATHEMATIQUES
Equations de transport du radon en milieu poreuxfractureacute bi-phasique
Les espegraveces mises en jeu dans le bilan de masse sont repreacutesenteacutees par lrsquoexposant i = Rn air
eau qui deacutesigne respectivement le radon 222 lrsquoair en tant que meacutelange homogegravene de
drsquoazote (N2) et drsquooxygegravene (O2) et la moleacutecule drsquoeau H2O Elles peuvent ecirctre preacutesentes dans
chacune des phases liquide et gazeuse deacutesigneacutee par α = l g
Bilan de masse
ݐන ܯ
= න Γ
+ න ݍ
(Eq 1)
V Volume de controcircle eacuteleacutementaire (m3)
Г Surface du volume de controcircle eacuteleacutementaire V (m2)
n Vecteur normal sortant de la surface Г ( - )
ܯ Masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3)
Flux de masse de lrsquoespegravece i (kg m-2 s-1)
ݍ Terme source ou puits de masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3 s-1)
Masse des espegraveces i
ܯ = ఈߩఈఈ
ఈ
+ ௗߩ ߩ ܭ
(Eq 2)
φ Porositeacute ( - )
ఈ Saturation de la phase α ( - )
ఈ Fraction massique de lrsquoespegravece i dans la phase α ( - )
ܭ Coefficient drsquoadsorption de lrsquoespegravece i agrave lrsquointerface solidegaz (m3 kg)
Termes source et puits du radon
൞
ோ = ோݑ ܧ minus ோߣ ܯோ
ோݑ = ௦ܥோߩௗ
ோܯ
(Eq 3)
E Facteur drsquoeacutemanation ( - )
14 50
௦ܥோ Activiteacute massique du radium 226 dans la phase solide du solde la roche (Bqkg-1)
௦ߩ Masse volumique segraveche des particules solides du sol de la roche (kgm3)
ௗߩ Masse volumique segraveche du solde la roche (kgm3) avec ௗߩ = ( 1 minus ௦ߩ(
ோܯ Masse molaire moleacuteculaire du radon eacutegale agrave 0222 kg mol
Nombre drsquoAvogadro eacutegale agrave 60221023 atomesmol
ோߣ Constante de deacutesinteacutegration du radon (s-1) eacutegale agrave ln(2) ଵଶோ = 2110-1 s-1
ଵଶோ Temps de demi-vie du radon (s) eacutegale agrave 382 jours
Facteur drsquoeacutemanation
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele de Nielson et al (1982) deacutependant de la
saturation de la phase liquide
ܧ = )ܧ ) =
⎩⎪⎨
⎪௪ܧ⎧
lowast+ ܧ ൬1 minus
lowast൰ si lt lowast
௪ܧ sinon
(Eq 4)
௪ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat satureacute du sol ( - )
ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat sec du sol ( - )
Coefficient drsquoadsorption
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele empirique de Roger et Nielson (1991)
[10] deacutependant de la saturation de la phase liquide
ܭ ோ = ܭ
ோ exp(minus ) (Eq 5)
ܭ ோ Coefficient drsquoadsorption agrave lrsquoeacutetat sec de lrsquoespegravece i (m3kg)
Coefficient de correacutelation ( - )
Flux de masse
= ఈ ఈఈߩ
ఈ
minus ఈߩ ഥఈ સఈ
ఈ
(Eq 6)
ఈ Vitesse de Darcy intrinsegraveque agrave la phase α (m2 s)
ഥఈ Tenseur de dispersion (m2 s)
Le premier terme repreacutesente le flux de masse par convection et le second le flux diffusif
15 50
Vitesse de Darcy
ఈ = minus ఈ
ఈߤ(સ ఈ minus (ఈߩ (Eq 7)
ఈ Pression de la phase α (Pa)
Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque (m2)
ఈ Permeacuteabiliteacute drsquoun sol non-satureacute relative agrave la phase α (-)
g Acceacuteleacuteration de la pesanteur (ms2)
Loi de Henry
A tempeacuterature constante la quantiteacute de gaz dissout en phase aqueuse est proportionnelle agrave
la pression partielle qursquoexerce ce gaz sur le liquide Drsquoougrave
= ுܭ
(Eq 8)
ுܭ Constante drsquo Henry (Pa)
Fraction molaire de lrsquoespegravece i dans la phase liquide ( - )
Tenseur de dispersion
ഥఈ = ఈ ఈ
ത (Eq 9)
ఈ Tortuositeacute de la phase α (-)
ఈ Coefficient de diffusion moleacuteculaire de lrsquoespegravece i dans la phase α (m2 s)
Tortuositeacute
La tortuositeacute est estimeacutee3 agrave lrsquoaide du modegravele de Millington et Quirk (1961)
ఈ = ( ఈ)ଷ ଶ (Eq 10)
Ces eacutequations sont reacutesolues agrave partir des proprieacuteteacutes hydrodynamiques et thermodynamiques
des solsroches telles que la pression de vapeur ௩௨ la pression capillaire des solsroches
Pc(Sl) et la permeacuteabiliteacute relative aux diffeacuterentes phases ఈ(Sl) (cf Saacircdi et al (2014) [8] )
3 Il existe drsquoautres choix de modegraveles possibles (cf Saacircdi et al(2014) pour plus de deacutetails [8] )
16 50
Lrsquoinitialisation des profils de saturation en eau et de la pression du gaz du sol peut ecirctre
deacuteduite de la connaissance du niveau de la nappe ou par des mesures in-situ si elles sont
disponibles La concentration en radon dans la phase gaz est deacuteduite par le calcul de
lrsquoactiviteacute volumique du radon atteinte agrave lrsquoeacutequilibre en conditions stationnaires de
lrsquoeacutecoulement bi-phasique eau-air
Le systegraveme lineacuteaire drsquoeacutequations est obtenu par une discreacutetisation spatiale en volumes finis
du domaine drsquoeacutecoulement et une discreacutetisation temporelle par un scheacutema de type Euler
implicite Les variables de sortie sont les suivantes la pression de la phase gaz le degreacute de
saturation en gaz la pression partielle du radon et la tempeacuterature
Calcul du flux de radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
Deux approches sont possibles pour deacuteterminer le calcul du flux de radon agrave travers les dalles
et les murs drsquoune fondation Pour prendre en compte les fissures dans la dalle etou les
murs on peut utiliser soit une approche DCM (Discrete Crack Model) qui permet de
modeacuteliser explicitement les fissures dans le maillage ou une approche ECM (Equivalent
Continuum Model) consideacuterant les proprieacuteteacutes homogegravenes eacutequivalentes des dalles etou
murs fissureacutes
22 MA MODELES ANALYTIQUES ET SEMI-EMPIRIQUSE DE TRANSFERT DE
POLLUANTS GAZEUX SOL-BATIMENT
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) du CSTB dont les eacuteleacutements descriptifs sont issus de la
thegravese de Diallo (2013) [11] Ces modegraveles nrsquoont pas eacuteteacute utiliseacutes dans le cadre de ce travail de
stage Ils ont eacuteteacute utiliseacutes par le CSTB dans le cadre du benchmark Les reacutesultats qui en sont
issus seront discuteacutes dans les chapitres 3 en comparaison avec ceux obtenus avec T2Rn
221 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Les modegraveles analytiques fournissent les deacutebits drsquoair agrave lrsquointerface dalle-habitat obtenus par la
convection agrave travers le sol pour diffeacuterents types de soubassement dallage indeacutependant
dalle porteacutee vide sanitaire
17 50
A partir du deacutebit drsquoair estimeacute les modegraveles semi-empiriques deacutetermine le flux drsquoentreacutee de
polluants dans un bacirctiment en tenant en compte du transfert coupleacute par convection et
diffusion Ils sont baseacutes sur une eacutetude numeacuterique qui a permis une meilleure compreacutehension
du comportement des polluants agrave lrsquointerface solbacirctiment
222 DEVELOPPEMENTS
Les modegraveles analytiques et semi-empiriques deacuteveloppeacutes lors de preacuteceacutedents travaux de
recherche par Diallo en 2013 [11] Les diffeacuterents modegraveles deacuteveloppeacutes ont eacuteteacute valideacutes
numeacuteriquement avec un modegravele CFD (Computational Fluid Dynamics) et expeacuterimentalement
avec des donneacutees issues de la litteacuterature
223 MODELES MATHEMATIQUES
Modegraveles de quantification de deacutebit drsquoair sol-bacirctiment
Les deacutebits entrant dans les bacirctiments sont exprimeacutes par une loi (analogue agrave celle de Darcy)
donnant une relation lineacuteaire entre le deacutebit et la pression
q = Rm-1 dP (Eq 11)
q est le deacutebit entrant dans le bacirctiment par uniteacute de longueur drsquoune faccedilade (m3s-1m-1) dP
est la diffeacuterence de pression motrice entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur du bacirctiment (Pa) et Rm
est la reacutesistance totale des diffeacuterents milieux traverseacutes par lrsquoair (Pasm-2) est deacutetermineacutee
par lrsquoassociation de plusieurs reacutesistances eacuteleacutementaires qui repreacutesentent plusieurs eacutevolutions
de lignes de courant dans les diffeacuterents milieux sol dalle fissure (voir Figure 7)
Figure 7 Configurations typiques de lignes de courant dans le sol [11]
18 50
Le cas 1 correspond agrave des lignes de courant droites le cas 2 agrave des lignes de courants
circulaires le cas 3 agrave des lignes de courants atteignant un quart de cylindre et le cas 4 des
lignes de courants atteignant un demi-cylindre Les reacutesistances eacuteleacutementaires agrave leacutecoulement
agrave travers les diffeacuterents types de milieux sont donneacutees par
μ est la viscositeacute dynamique du fluide (Pas) ܪ la profondeur du cylindre (m) ܦ la
profondeur du cylindre (m) ݎ le rayon du cylindre (m) et k la permeacuteabiliteacute du milieu
traverseacute (msup2)
Le deacutebit drsquoair total peacuteneacutetrant un bacirctiment par lrsquointerface sol-bacirctiment est obtenu en
inteacutegrant la reacutesistance eacutequivalente correspondant agrave la typologie de soubassement eacutetudieacutee
Dans le cas drsquoun dallage porteacute le reacuteseau de reacutesistance est le suivant (Figure 8)
Figure 8 Typologie dalle porteacutee et reacuteseau de reacutesistances eacutequivalent [11]
Le deacutebit total drsquoair traversant le sol et la dalle porteacutee par uniteacute de longueur srsquoexprime
(Eq 12)
Les reacutesistances eacuteleacutementaires en jeu veacuterifient rmf1 = rcas1 rsmf = rcas4 rmf2 = rcas1 et rdalle = rcas1
leurs expressions eacutetant adapteacutees aux paramegravetres de leurs milieux respectifs
Le deacutebit total drsquoair entrant dans le bacirctiment par la dalle porteacutee est obtenu par inteacutegration du
deacutebit eacuteleacutementaires dqDP entre 2et ܮ) + ) 2 ce qui donne finalement
19 50
Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
5 50
Pour reacutealiser cette action lrsquoIRSN et le Centre Scientifique et Technique du Bacirctiment (CSTB)
ont engageacute une collaboration pour deacutefinir une strateacutegie commune de modeacutelisation du
transport de radon du sol vers les bacirctiments sur la base de leurs outils de simulation
respectifs Pour simuler le transfert du radon dans le sol jusqursquoagrave lrsquointerface sol-bacirctiment
lrsquoIRSN utilise le code de calcul T2Rn (TOUGH2-Radon) et le CSTB emploie des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) Le premier travail de collaboration consiste agrave reacutealiser
un benchmark des codes T2Rn et MA en vue de choisir celui qui sera le plus apte agrave reacutepondre
agrave la probleacutematique poseacutee
Lrsquoobjectif du travail de stage est de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave ce benchmark avec le
code T2Rn Pour se faire les configurations de calculs agrave reacutealiser sont deacutefinies conjointement
avec le CSTB puis mises en œuvre avec T2Rn Une comparaison avec les reacutesultats obtenus
par lrsquoIRSN et le CSTB doit permettre de mettre en eacutevidence les potentialiteacutes respectives des
codes (hypothegraveses de fonctionnement) leurs limites drsquoapplication ainsi que leurs avantages
et inconveacutenients
Le preacutesent rapport rend compte des travaux reacutealiseacutes dans le cadre du travail de stage confieacute
La premiegravere partie introduit les origines et facteurs de preacutesence de radon dans les
bacirctiments La partie suivante apporte les descriptifs des modegraveles T2Rn et MA leurs champs
drsquoapplication les deacuteveloppements reacutealiseacutes leurs approches conceptuelles et les eacutequations
matheacutematiques y seront preacutesenteacutes La troisiegraveme partie restitue et discute les reacutesultats de
simulations obtenus dans le cadre du premier benchmark dit theacuteorique Il vise
essentiellement agrave donner des aperccedilus qualitatif et quantitatif des reacuteponses respectives de
T2Rn et MA pour un problegraveme laquo simple raquo veacuterifiant simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele La configuration retenue repreacutesente un bacirctiment avec une
dalle porteacutee sur terre-plein La quatriegraveme et derniegravere partie restitue et discute les reacutesultats
de simulations obtenus dans le cadre du second benchmark dit reacutealiste La configuration agrave
simuler est repreacutesentative drsquoune maison individuelle expertiseacutee par lrsquoIRSN et le CSTB dans la
reacutegion des Pays de la Loire Pour ce benchmark reacutealiste les flux drsquoexhalation du radon
mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation constituent des donneacutees de reacutefeacuterence
pour les modegraveles T2Rn et MA Dans le preacutesent rapport seuls les reacutesultats obtenus avec T2Rn
sont preacutesenteacutes les reacutesultats de MA eacutetant en cours de traitement par le CSTB
6 50
1 ORIGINES ET FACTEURS DE LA PRESENCE DE RADON DANS LES BATIMENTS
Le radon est un gaz radioactif incolore inodore et chimiquement inerte Il appartient agrave la
famille des gaz nobles de la classification de Mendeleiumlev de numeacutero atomique 86 Sa
preacutesence dans les bacirctiments est notamment lieacutee agrave la teneur du sol sous-jacent en ses
preacutecurseurs radioactifs et agrave lrsquoexistence de voies drsquoentreacutee au sein drsquoune construction
11 PROPRIETES RADIOACTIVES DU RADON
Le radon possegravede trois principaux isotopes radioactifs2 naturels 219Rn 220Rn et 222Rn
respectivement produits de deacutesinteacutegration de 235U 232Th et 238U Chaque isotope du radon
possegravede sa propre peacuteriode radioactive la plus longue eacutetant celle du radon 222 eacutegale agrave
382 jours Son preacutecurseur lrsquouranium 238 est preacutesent dans les roches agrave des teneurs plus
importantes que celles de lrsquouranium 232 ou 235 cela fait du radon 222 lrsquoisotope le plus
abondant dans lrsquoenvironnement
Les descendants du radon 222 sont des isotopes du polonium (Po) du plomb (Pb) et du
bismuth (Bi) ces eacuteleacutements solides donnent lieu agrave une succession de deacutesinteacutegrations
radioactives jusqursquoagrave la production de lrsquoisotope stable non-radioactif le plomb 206 La Figure
2 illustre la chaicircne radioactive de lrsquouranium 238 jusqursquoagrave obtention du 206Pb avec pour
indication les demi-vies des radionucleacuteides instables intermeacutediaires Dans la suite du texte la
deacutenomination radon deacutesignera son isotope 222
Figure 2 Chaicircne radioactive naturelle de lrsquouranium 238 [3]
2Le radon compte actuellement 27 isotopes allant de lrsquoisotope 200 agrave lrsquoisotope 216
7 50
12 SOURCES DU RADON DANS LrsquoENVIRONNEMENT
Le radon (Rn-222) provient de la deacutesinteacutegration α du radium (Ra-226) lui-mecircme descendant
de lrsquouranium (U-238) Ces radioeacuteleacutements se trouvent dans toutes les roches de la croucircte
terrestre geacuteneacuteralement agrave lrsquoeacutetat de trace Certaines formations peuvent en preacutesenter des
teneurs importantes on peut citer les roches magmatiques acides telles que les granites ou
encore certaines roches seacutedimentaires telles que les schistes noirs ou les charbons [3] [4]
Le sol issu de lrsquoalteacuteration des roches constitue aussi une source de radon avec neacuteanmoins
des teneurs en ses preacutecurseurs infeacuterieures agrave celles des roches drsquoorigine
13 EXHALATION DU RADON
Lrsquoexhalation du radon englobe lrsquoensemble des meacutecanismes conduisant agrave sa migration hors
du mateacuteriau poreux ougrave il srsquoest formeacute (geacuteneacuteralement du sol ou des formations rocheuses)
Deux processus se distinguent du pheacutenomegravene drsquoexhalation lrsquoeacutemanation et le transport La
Figure 3 en donne une illustration
Figure 3 Illustration du pheacutenomegravene drsquoexhalation (Source IRSN)
8 50
131 EacuteMANATION
Lrsquoeacutemanation est le meacutecanisme par lequel un atome de radon est libeacutereacute du grain solide dans
lequel il a eacuteteacute formeacute et arrive dans lrsquoespace libre des pores La quantiteacute drsquoatomes de radon
preacutesents dans les pores par rapport agrave celle totalement produite repreacutesente le facteur
drsquoeacutemanation du mateacuteriau Il est compris entre 0 et 1 le Tableau 1 indique des ordres de
grandeur du facteur drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de mateacuteriaux
Facteur moyen Gamme
Sol 01 001 - 05
Roches 008 lt 001-04
Mateacuteriaux de construction 005 lt 001-03
Briques drsquoargilebeacuteton
004015
002-0101-04
Tableau 1 Facteur drsquoeacutemanation du radon 222 pour divers mateacuteriaux [3]
Lrsquoeacutenergie de recul acquise par le radon au cours de sa formation lui permet de parcourir une
distance finie dite de recul Elle est de lrsquoordre de 002-007 μm dans les mineacuteraux de 01 μm
dans lrsquoeau et de 63 μm dans lrsquoair [5] Lrsquoenvironnement de deacutesinteacutegration du radium
conditionne donc le processus drsquoeacutemanation du radon Selon lrsquoagencement des grains solides
la taille des pores la teneur en eau ou encore la tempeacuterature du milieu quatre processus
drsquoeacutemanation peuvent se distinguer 1) Si le radon termine son recul dans lrsquoespace libre des
pores alors lrsquoeacutemanation se fait par recul direct 2) Si le radon reste pieacutegeacute dans le grain ougrave il a
eacuteteacute formeacute il peut eacutemaner par diffusion 3) La dissolution de la phase solide du grain dans
lequel est pieacutegeacute le radon peut eacutegalement conduire agrave son eacutemanation 4) Le radon peut
terminer son recul dans un grain adjacent agrave celui dans lequel il a eacuteteacute formeacute puis ecirctre libeacutereacute
par diffusion ou dissolution Dans ce cas lrsquoeacutemanation se fait par recul indirect
La Figure 4 illustre les trajectoires de recul possibles du radon au voisinage de lrsquointerface
entre deux grains en contact avec de lrsquoeau La distance de recul du radon dans lrsquoeau est
environ 10 fois infeacuterieure agrave celle observeacutee dans lrsquoair diminuant ainsi la probabiliteacute du radon
drsquoecirctre pieacutegeacute dans un grain voisin [5]
9 50
Figure 4 Trajectoires de recul possibles du radon au voisinage de deux grains (Source IRSN)
132 TRANSPORT
Apregraves eacutemanation le radon preacutesent dans lrsquoair ou lrsquoeau des pores chemine en direction de
lrsquoatmosphegravere traversant lrsquoensemble des mateacuteriaux poreux jusqursquoagrave atteindre les interfaces
sol-atmosphegravere ou sol-bacirctiment Le transport du radon vers la surface du sol est reacutegit par les
pheacutenomegravenes de diffusion et de convection
Diffusion
La diffusion est engendreacutee par lrsquoexistence drsquoun gradient spatial de concentration ce
pheacutenomegravene consiste agrave mobiliser les atomes de radon pour en homogeacuteneacuteiser la reacutepartition
spatiale faisant tendre les gradients de concentration vers zeacutero La mobilisation du radon
engendreacute par diffusion deacutepend du milieu traverseacute il diffuse par exemple plus rapidement
dans lrsquoair que dans lrsquoeau et drsquoautant plus facilement que le mateacuteriau poreux traverseacute est peu
compacteacute Lrsquoactiviteacute volumique du radon reacutesultant de la diffusion se quantifie par un
coefficient de diffusion quelques ordres de grandeur en sont reporteacutes dans le Tableau 2
Coefficient moyen gamme
AirEauSolsMateacuteriaux de construction
10-5
10-9
510-6
510-7
10-8
agrave 10-5
10-8
agrave 10-6
Tableau 2 Coefficient de diffusion du radon (msup2s) [3]
10 50
Convection
La convection est un pheacutenomegravene de transport par lequel le radon est mobiliseacute via le champ
de vitesse drsquoun eacutecoulement gazeux ou liquide Elle peut preacutedominer la diffusion au voisinage
des interfaces sol-atmosphegravere ougrave lrsquoexistence de forts gradients de pression favorise lrsquoinertie
de lrsquoair environnant Les stratifications thermiques du sol peuvent aussi engendrer
drsquoimportants mouvements fluides et mobiliser le radon
14 SOURCES ET VOIES DrsquoENTREE DU RADON DANS LES BATIMENTS
La roche et le sol sous-jacents un bacirctiment constituent les sources principales du radon dans
lrsquoair inteacuterieur Dans une moindre mesure drsquoautres sources de radon peuvent ecirctre
consideacutereacutees les mateacuteriaux de constructions lrsquoeau du robinet ou encore la combustion du
gaz naturel ou du charbon de bois La contribution respective de ces diffeacuterentes sources
dans la part de radon pouvant entrer dans une construction est tregraves variable Neacuteanmoins la
provenance du sol sous-jacent reste majoritaire et constitue la source drsquointeacuterecirct principale
de la preacutesente eacutetude [3] [6]
A des profondeurs geacuteneacuteralement supeacuterieures agrave 2 megravetres le vent et les fluctuations de
pression entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur drsquoun bacirctiment ont peu drsquoeffet sur le transport du
radon pour de telles profondeurs la convection est souvent peu importante par rapport agrave la
diffusion
Lrsquoentreacutee du radon dans les bacirctiments peut ecirctre favoriseacutee par les facteurs suivants [7]
La preacutesence des passages de canalisations (eau eacutelectriciteacute plomberie)
La permeacuteabiliteacute du plancher lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de trous ou de fissures
La permeacuteabiliteacute des faccedilades lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de portes et fenecirctres
La Figure 5 illustre les diffeacuterentes voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment
11 50
Figure 5 Illustration des voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment (Source IRSN)
2 PRESENTATION DES MODELES A COMPARER
Dans lrsquooptique drsquoune eacutetude comparative une description des modegraveles respectivement
utiliseacutes par lrsquoIRSN et le CSTB est reacutealiseacutee
21 T2RN MODELE NUMERIQUE DE TRANSPORT DU RADON EN MILIEUX POREUX
SOLS ET FONDATIONS DE BATIMENTS
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication de lrsquooutil T2Rn
(TOUGH2-Radon anciennement TOUGH2EOS7Rn) de lrsquoIRSN utiliseacute dans le cadre de ce
travail de stage [8] [9]
211 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Le code de calcul T2Rn est la version actuelle ameacutelioreacutee du code TOUGH2EOS7Rn Il permet
lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes transitoires de transport du radon en 3D dans des milieux poreux
ou fractureacutes bi-phasique (eau-air) Il permet drsquoeacutetudier des cas complexes de transfert depuis
le sol et les vides souterrains vers les bacirctiments en vue de deacuteterminer les voies principales
de transfert du radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
12 50
Lrsquoutilisation du code T2Rn se base sur un maillage constitueacute de volumes finis permettant de
modeacuteliser des systegravemes agrave geacuteomeacutetrie varieacutee T2Rn tient compte des proprieacuteteacutes physiques
hydrodynamiques de transport (eacutemanation diffusion dissolution adsorption) et
thermiques du sol et sous-sol sous-jacent les bacirctiments et les mateacuteriaux constituant la
fondation du bacirctiment tels que la dalle et les murs en cas de cave ou partie drsquoune maison
enterreacutee dans le sol Les proprieacuteteacutes de transport peuvent ecirctre deacutependantes des proprieacuteteacutes
hydriques et thermodynamiques telles que la saturation en eau et la pression et la
tempeacuterature du gaz
Les conditions aux limites peuvent ecirctre constantes ou deacutependantes du temps pour inclure
les donneacutees meacuteteacuteorologiques qui regravegnent en surface telles que la pluie lrsquoeacutevapotranspiration
la pression et la tempeacuterature de lrsquoair atmospheacuterique La Figure 6 donne un exemple de
maillage adapteacute agrave T2Rn repreacutesentant un systegraveme plan sol-bacirctiment avec la preacutesence
drsquoune source de radon agrave une profondeur fixe du sol
Figure 6 Visualisation plane drsquoun maillage adapteacute agrave T2Rn avec des conditions aux limites renseigneacutees
Source de radon Sol Dalle Murs Inteacuterieur de lrsquohabitat Exteacuterieur de lrsquohabitat
212 DEVELOPPEMENTS
Le code TOUGH2EOS7Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacute par lrsquoIRSN en FORTRAN sur la base de la
plateforme TOUGH2 [8] La version ameacutelioreacutee T2Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacutee en 2016 en
collaboration avec CRC-LLC (Canyon Ridge Consulting) et LBNL (Lawrence Berkeley National
Laboratory) sur la base de la plateforme iTOUGH2 elle permet de tenir compte de
lrsquoeacutevaporation de la transpiration de la plante et du ruissellement de surface
13 50
213 MODELES MATHEMATIQUES
Equations de transport du radon en milieu poreuxfractureacute bi-phasique
Les espegraveces mises en jeu dans le bilan de masse sont repreacutesenteacutees par lrsquoexposant i = Rn air
eau qui deacutesigne respectivement le radon 222 lrsquoair en tant que meacutelange homogegravene de
drsquoazote (N2) et drsquooxygegravene (O2) et la moleacutecule drsquoeau H2O Elles peuvent ecirctre preacutesentes dans
chacune des phases liquide et gazeuse deacutesigneacutee par α = l g
Bilan de masse
ݐන ܯ
= න Γ
+ න ݍ
(Eq 1)
V Volume de controcircle eacuteleacutementaire (m3)
Г Surface du volume de controcircle eacuteleacutementaire V (m2)
n Vecteur normal sortant de la surface Г ( - )
ܯ Masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3)
Flux de masse de lrsquoespegravece i (kg m-2 s-1)
ݍ Terme source ou puits de masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3 s-1)
Masse des espegraveces i
ܯ = ఈߩఈఈ
ఈ
+ ௗߩ ߩ ܭ
(Eq 2)
φ Porositeacute ( - )
ఈ Saturation de la phase α ( - )
ఈ Fraction massique de lrsquoespegravece i dans la phase α ( - )
ܭ Coefficient drsquoadsorption de lrsquoespegravece i agrave lrsquointerface solidegaz (m3 kg)
Termes source et puits du radon
൞
ோ = ோݑ ܧ minus ோߣ ܯோ
ோݑ = ௦ܥோߩௗ
ோܯ
(Eq 3)
E Facteur drsquoeacutemanation ( - )
14 50
௦ܥோ Activiteacute massique du radium 226 dans la phase solide du solde la roche (Bqkg-1)
௦ߩ Masse volumique segraveche des particules solides du sol de la roche (kgm3)
ௗߩ Masse volumique segraveche du solde la roche (kgm3) avec ௗߩ = ( 1 minus ௦ߩ(
ோܯ Masse molaire moleacuteculaire du radon eacutegale agrave 0222 kg mol
Nombre drsquoAvogadro eacutegale agrave 60221023 atomesmol
ோߣ Constante de deacutesinteacutegration du radon (s-1) eacutegale agrave ln(2) ଵଶோ = 2110-1 s-1
ଵଶோ Temps de demi-vie du radon (s) eacutegale agrave 382 jours
Facteur drsquoeacutemanation
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele de Nielson et al (1982) deacutependant de la
saturation de la phase liquide
ܧ = )ܧ ) =
⎩⎪⎨
⎪௪ܧ⎧
lowast+ ܧ ൬1 minus
lowast൰ si lt lowast
௪ܧ sinon
(Eq 4)
௪ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat satureacute du sol ( - )
ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat sec du sol ( - )
Coefficient drsquoadsorption
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele empirique de Roger et Nielson (1991)
[10] deacutependant de la saturation de la phase liquide
ܭ ோ = ܭ
ோ exp(minus ) (Eq 5)
ܭ ோ Coefficient drsquoadsorption agrave lrsquoeacutetat sec de lrsquoespegravece i (m3kg)
Coefficient de correacutelation ( - )
Flux de masse
= ఈ ఈఈߩ
ఈ
minus ఈߩ ഥఈ સఈ
ఈ
(Eq 6)
ఈ Vitesse de Darcy intrinsegraveque agrave la phase α (m2 s)
ഥఈ Tenseur de dispersion (m2 s)
Le premier terme repreacutesente le flux de masse par convection et le second le flux diffusif
15 50
Vitesse de Darcy
ఈ = minus ఈ
ఈߤ(સ ఈ minus (ఈߩ (Eq 7)
ఈ Pression de la phase α (Pa)
Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque (m2)
ఈ Permeacuteabiliteacute drsquoun sol non-satureacute relative agrave la phase α (-)
g Acceacuteleacuteration de la pesanteur (ms2)
Loi de Henry
A tempeacuterature constante la quantiteacute de gaz dissout en phase aqueuse est proportionnelle agrave
la pression partielle qursquoexerce ce gaz sur le liquide Drsquoougrave
= ுܭ
(Eq 8)
ுܭ Constante drsquo Henry (Pa)
Fraction molaire de lrsquoespegravece i dans la phase liquide ( - )
Tenseur de dispersion
ഥఈ = ఈ ఈ
ത (Eq 9)
ఈ Tortuositeacute de la phase α (-)
ఈ Coefficient de diffusion moleacuteculaire de lrsquoespegravece i dans la phase α (m2 s)
Tortuositeacute
La tortuositeacute est estimeacutee3 agrave lrsquoaide du modegravele de Millington et Quirk (1961)
ఈ = ( ఈ)ଷ ଶ (Eq 10)
Ces eacutequations sont reacutesolues agrave partir des proprieacuteteacutes hydrodynamiques et thermodynamiques
des solsroches telles que la pression de vapeur ௩௨ la pression capillaire des solsroches
Pc(Sl) et la permeacuteabiliteacute relative aux diffeacuterentes phases ఈ(Sl) (cf Saacircdi et al (2014) [8] )
3 Il existe drsquoautres choix de modegraveles possibles (cf Saacircdi et al(2014) pour plus de deacutetails [8] )
16 50
Lrsquoinitialisation des profils de saturation en eau et de la pression du gaz du sol peut ecirctre
deacuteduite de la connaissance du niveau de la nappe ou par des mesures in-situ si elles sont
disponibles La concentration en radon dans la phase gaz est deacuteduite par le calcul de
lrsquoactiviteacute volumique du radon atteinte agrave lrsquoeacutequilibre en conditions stationnaires de
lrsquoeacutecoulement bi-phasique eau-air
Le systegraveme lineacuteaire drsquoeacutequations est obtenu par une discreacutetisation spatiale en volumes finis
du domaine drsquoeacutecoulement et une discreacutetisation temporelle par un scheacutema de type Euler
implicite Les variables de sortie sont les suivantes la pression de la phase gaz le degreacute de
saturation en gaz la pression partielle du radon et la tempeacuterature
Calcul du flux de radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
Deux approches sont possibles pour deacuteterminer le calcul du flux de radon agrave travers les dalles
et les murs drsquoune fondation Pour prendre en compte les fissures dans la dalle etou les
murs on peut utiliser soit une approche DCM (Discrete Crack Model) qui permet de
modeacuteliser explicitement les fissures dans le maillage ou une approche ECM (Equivalent
Continuum Model) consideacuterant les proprieacuteteacutes homogegravenes eacutequivalentes des dalles etou
murs fissureacutes
22 MA MODELES ANALYTIQUES ET SEMI-EMPIRIQUSE DE TRANSFERT DE
POLLUANTS GAZEUX SOL-BATIMENT
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) du CSTB dont les eacuteleacutements descriptifs sont issus de la
thegravese de Diallo (2013) [11] Ces modegraveles nrsquoont pas eacuteteacute utiliseacutes dans le cadre de ce travail de
stage Ils ont eacuteteacute utiliseacutes par le CSTB dans le cadre du benchmark Les reacutesultats qui en sont
issus seront discuteacutes dans les chapitres 3 en comparaison avec ceux obtenus avec T2Rn
221 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Les modegraveles analytiques fournissent les deacutebits drsquoair agrave lrsquointerface dalle-habitat obtenus par la
convection agrave travers le sol pour diffeacuterents types de soubassement dallage indeacutependant
dalle porteacutee vide sanitaire
17 50
A partir du deacutebit drsquoair estimeacute les modegraveles semi-empiriques deacutetermine le flux drsquoentreacutee de
polluants dans un bacirctiment en tenant en compte du transfert coupleacute par convection et
diffusion Ils sont baseacutes sur une eacutetude numeacuterique qui a permis une meilleure compreacutehension
du comportement des polluants agrave lrsquointerface solbacirctiment
222 DEVELOPPEMENTS
Les modegraveles analytiques et semi-empiriques deacuteveloppeacutes lors de preacuteceacutedents travaux de
recherche par Diallo en 2013 [11] Les diffeacuterents modegraveles deacuteveloppeacutes ont eacuteteacute valideacutes
numeacuteriquement avec un modegravele CFD (Computational Fluid Dynamics) et expeacuterimentalement
avec des donneacutees issues de la litteacuterature
223 MODELES MATHEMATIQUES
Modegraveles de quantification de deacutebit drsquoair sol-bacirctiment
Les deacutebits entrant dans les bacirctiments sont exprimeacutes par une loi (analogue agrave celle de Darcy)
donnant une relation lineacuteaire entre le deacutebit et la pression
q = Rm-1 dP (Eq 11)
q est le deacutebit entrant dans le bacirctiment par uniteacute de longueur drsquoune faccedilade (m3s-1m-1) dP
est la diffeacuterence de pression motrice entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur du bacirctiment (Pa) et Rm
est la reacutesistance totale des diffeacuterents milieux traverseacutes par lrsquoair (Pasm-2) est deacutetermineacutee
par lrsquoassociation de plusieurs reacutesistances eacuteleacutementaires qui repreacutesentent plusieurs eacutevolutions
de lignes de courant dans les diffeacuterents milieux sol dalle fissure (voir Figure 7)
Figure 7 Configurations typiques de lignes de courant dans le sol [11]
18 50
Le cas 1 correspond agrave des lignes de courant droites le cas 2 agrave des lignes de courants
circulaires le cas 3 agrave des lignes de courants atteignant un quart de cylindre et le cas 4 des
lignes de courants atteignant un demi-cylindre Les reacutesistances eacuteleacutementaires agrave leacutecoulement
agrave travers les diffeacuterents types de milieux sont donneacutees par
μ est la viscositeacute dynamique du fluide (Pas) ܪ la profondeur du cylindre (m) ܦ la
profondeur du cylindre (m) ݎ le rayon du cylindre (m) et k la permeacuteabiliteacute du milieu
traverseacute (msup2)
Le deacutebit drsquoair total peacuteneacutetrant un bacirctiment par lrsquointerface sol-bacirctiment est obtenu en
inteacutegrant la reacutesistance eacutequivalente correspondant agrave la typologie de soubassement eacutetudieacutee
Dans le cas drsquoun dallage porteacute le reacuteseau de reacutesistance est le suivant (Figure 8)
Figure 8 Typologie dalle porteacutee et reacuteseau de reacutesistances eacutequivalent [11]
Le deacutebit total drsquoair traversant le sol et la dalle porteacutee par uniteacute de longueur srsquoexprime
(Eq 12)
Les reacutesistances eacuteleacutementaires en jeu veacuterifient rmf1 = rcas1 rsmf = rcas4 rmf2 = rcas1 et rdalle = rcas1
leurs expressions eacutetant adapteacutees aux paramegravetres de leurs milieux respectifs
Le deacutebit total drsquoair entrant dans le bacirctiment par la dalle porteacutee est obtenu par inteacutegration du
deacutebit eacuteleacutementaires dqDP entre 2et ܮ) + ) 2 ce qui donne finalement
19 50
Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
6 50
1 ORIGINES ET FACTEURS DE LA PRESENCE DE RADON DANS LES BATIMENTS
Le radon est un gaz radioactif incolore inodore et chimiquement inerte Il appartient agrave la
famille des gaz nobles de la classification de Mendeleiumlev de numeacutero atomique 86 Sa
preacutesence dans les bacirctiments est notamment lieacutee agrave la teneur du sol sous-jacent en ses
preacutecurseurs radioactifs et agrave lrsquoexistence de voies drsquoentreacutee au sein drsquoune construction
11 PROPRIETES RADIOACTIVES DU RADON
Le radon possegravede trois principaux isotopes radioactifs2 naturels 219Rn 220Rn et 222Rn
respectivement produits de deacutesinteacutegration de 235U 232Th et 238U Chaque isotope du radon
possegravede sa propre peacuteriode radioactive la plus longue eacutetant celle du radon 222 eacutegale agrave
382 jours Son preacutecurseur lrsquouranium 238 est preacutesent dans les roches agrave des teneurs plus
importantes que celles de lrsquouranium 232 ou 235 cela fait du radon 222 lrsquoisotope le plus
abondant dans lrsquoenvironnement
Les descendants du radon 222 sont des isotopes du polonium (Po) du plomb (Pb) et du
bismuth (Bi) ces eacuteleacutements solides donnent lieu agrave une succession de deacutesinteacutegrations
radioactives jusqursquoagrave la production de lrsquoisotope stable non-radioactif le plomb 206 La Figure
2 illustre la chaicircne radioactive de lrsquouranium 238 jusqursquoagrave obtention du 206Pb avec pour
indication les demi-vies des radionucleacuteides instables intermeacutediaires Dans la suite du texte la
deacutenomination radon deacutesignera son isotope 222
Figure 2 Chaicircne radioactive naturelle de lrsquouranium 238 [3]
2Le radon compte actuellement 27 isotopes allant de lrsquoisotope 200 agrave lrsquoisotope 216
7 50
12 SOURCES DU RADON DANS LrsquoENVIRONNEMENT
Le radon (Rn-222) provient de la deacutesinteacutegration α du radium (Ra-226) lui-mecircme descendant
de lrsquouranium (U-238) Ces radioeacuteleacutements se trouvent dans toutes les roches de la croucircte
terrestre geacuteneacuteralement agrave lrsquoeacutetat de trace Certaines formations peuvent en preacutesenter des
teneurs importantes on peut citer les roches magmatiques acides telles que les granites ou
encore certaines roches seacutedimentaires telles que les schistes noirs ou les charbons [3] [4]
Le sol issu de lrsquoalteacuteration des roches constitue aussi une source de radon avec neacuteanmoins
des teneurs en ses preacutecurseurs infeacuterieures agrave celles des roches drsquoorigine
13 EXHALATION DU RADON
Lrsquoexhalation du radon englobe lrsquoensemble des meacutecanismes conduisant agrave sa migration hors
du mateacuteriau poreux ougrave il srsquoest formeacute (geacuteneacuteralement du sol ou des formations rocheuses)
Deux processus se distinguent du pheacutenomegravene drsquoexhalation lrsquoeacutemanation et le transport La
Figure 3 en donne une illustration
Figure 3 Illustration du pheacutenomegravene drsquoexhalation (Source IRSN)
8 50
131 EacuteMANATION
Lrsquoeacutemanation est le meacutecanisme par lequel un atome de radon est libeacutereacute du grain solide dans
lequel il a eacuteteacute formeacute et arrive dans lrsquoespace libre des pores La quantiteacute drsquoatomes de radon
preacutesents dans les pores par rapport agrave celle totalement produite repreacutesente le facteur
drsquoeacutemanation du mateacuteriau Il est compris entre 0 et 1 le Tableau 1 indique des ordres de
grandeur du facteur drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de mateacuteriaux
Facteur moyen Gamme
Sol 01 001 - 05
Roches 008 lt 001-04
Mateacuteriaux de construction 005 lt 001-03
Briques drsquoargilebeacuteton
004015
002-0101-04
Tableau 1 Facteur drsquoeacutemanation du radon 222 pour divers mateacuteriaux [3]
Lrsquoeacutenergie de recul acquise par le radon au cours de sa formation lui permet de parcourir une
distance finie dite de recul Elle est de lrsquoordre de 002-007 μm dans les mineacuteraux de 01 μm
dans lrsquoeau et de 63 μm dans lrsquoair [5] Lrsquoenvironnement de deacutesinteacutegration du radium
conditionne donc le processus drsquoeacutemanation du radon Selon lrsquoagencement des grains solides
la taille des pores la teneur en eau ou encore la tempeacuterature du milieu quatre processus
drsquoeacutemanation peuvent se distinguer 1) Si le radon termine son recul dans lrsquoespace libre des
pores alors lrsquoeacutemanation se fait par recul direct 2) Si le radon reste pieacutegeacute dans le grain ougrave il a
eacuteteacute formeacute il peut eacutemaner par diffusion 3) La dissolution de la phase solide du grain dans
lequel est pieacutegeacute le radon peut eacutegalement conduire agrave son eacutemanation 4) Le radon peut
terminer son recul dans un grain adjacent agrave celui dans lequel il a eacuteteacute formeacute puis ecirctre libeacutereacute
par diffusion ou dissolution Dans ce cas lrsquoeacutemanation se fait par recul indirect
La Figure 4 illustre les trajectoires de recul possibles du radon au voisinage de lrsquointerface
entre deux grains en contact avec de lrsquoeau La distance de recul du radon dans lrsquoeau est
environ 10 fois infeacuterieure agrave celle observeacutee dans lrsquoair diminuant ainsi la probabiliteacute du radon
drsquoecirctre pieacutegeacute dans un grain voisin [5]
9 50
Figure 4 Trajectoires de recul possibles du radon au voisinage de deux grains (Source IRSN)
132 TRANSPORT
Apregraves eacutemanation le radon preacutesent dans lrsquoair ou lrsquoeau des pores chemine en direction de
lrsquoatmosphegravere traversant lrsquoensemble des mateacuteriaux poreux jusqursquoagrave atteindre les interfaces
sol-atmosphegravere ou sol-bacirctiment Le transport du radon vers la surface du sol est reacutegit par les
pheacutenomegravenes de diffusion et de convection
Diffusion
La diffusion est engendreacutee par lrsquoexistence drsquoun gradient spatial de concentration ce
pheacutenomegravene consiste agrave mobiliser les atomes de radon pour en homogeacuteneacuteiser la reacutepartition
spatiale faisant tendre les gradients de concentration vers zeacutero La mobilisation du radon
engendreacute par diffusion deacutepend du milieu traverseacute il diffuse par exemple plus rapidement
dans lrsquoair que dans lrsquoeau et drsquoautant plus facilement que le mateacuteriau poreux traverseacute est peu
compacteacute Lrsquoactiviteacute volumique du radon reacutesultant de la diffusion se quantifie par un
coefficient de diffusion quelques ordres de grandeur en sont reporteacutes dans le Tableau 2
Coefficient moyen gamme
AirEauSolsMateacuteriaux de construction
10-5
10-9
510-6
510-7
10-8
agrave 10-5
10-8
agrave 10-6
Tableau 2 Coefficient de diffusion du radon (msup2s) [3]
10 50
Convection
La convection est un pheacutenomegravene de transport par lequel le radon est mobiliseacute via le champ
de vitesse drsquoun eacutecoulement gazeux ou liquide Elle peut preacutedominer la diffusion au voisinage
des interfaces sol-atmosphegravere ougrave lrsquoexistence de forts gradients de pression favorise lrsquoinertie
de lrsquoair environnant Les stratifications thermiques du sol peuvent aussi engendrer
drsquoimportants mouvements fluides et mobiliser le radon
14 SOURCES ET VOIES DrsquoENTREE DU RADON DANS LES BATIMENTS
La roche et le sol sous-jacents un bacirctiment constituent les sources principales du radon dans
lrsquoair inteacuterieur Dans une moindre mesure drsquoautres sources de radon peuvent ecirctre
consideacutereacutees les mateacuteriaux de constructions lrsquoeau du robinet ou encore la combustion du
gaz naturel ou du charbon de bois La contribution respective de ces diffeacuterentes sources
dans la part de radon pouvant entrer dans une construction est tregraves variable Neacuteanmoins la
provenance du sol sous-jacent reste majoritaire et constitue la source drsquointeacuterecirct principale
de la preacutesente eacutetude [3] [6]
A des profondeurs geacuteneacuteralement supeacuterieures agrave 2 megravetres le vent et les fluctuations de
pression entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur drsquoun bacirctiment ont peu drsquoeffet sur le transport du
radon pour de telles profondeurs la convection est souvent peu importante par rapport agrave la
diffusion
Lrsquoentreacutee du radon dans les bacirctiments peut ecirctre favoriseacutee par les facteurs suivants [7]
La preacutesence des passages de canalisations (eau eacutelectriciteacute plomberie)
La permeacuteabiliteacute du plancher lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de trous ou de fissures
La permeacuteabiliteacute des faccedilades lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de portes et fenecirctres
La Figure 5 illustre les diffeacuterentes voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment
11 50
Figure 5 Illustration des voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment (Source IRSN)
2 PRESENTATION DES MODELES A COMPARER
Dans lrsquooptique drsquoune eacutetude comparative une description des modegraveles respectivement
utiliseacutes par lrsquoIRSN et le CSTB est reacutealiseacutee
21 T2RN MODELE NUMERIQUE DE TRANSPORT DU RADON EN MILIEUX POREUX
SOLS ET FONDATIONS DE BATIMENTS
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication de lrsquooutil T2Rn
(TOUGH2-Radon anciennement TOUGH2EOS7Rn) de lrsquoIRSN utiliseacute dans le cadre de ce
travail de stage [8] [9]
211 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Le code de calcul T2Rn est la version actuelle ameacutelioreacutee du code TOUGH2EOS7Rn Il permet
lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes transitoires de transport du radon en 3D dans des milieux poreux
ou fractureacutes bi-phasique (eau-air) Il permet drsquoeacutetudier des cas complexes de transfert depuis
le sol et les vides souterrains vers les bacirctiments en vue de deacuteterminer les voies principales
de transfert du radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
12 50
Lrsquoutilisation du code T2Rn se base sur un maillage constitueacute de volumes finis permettant de
modeacuteliser des systegravemes agrave geacuteomeacutetrie varieacutee T2Rn tient compte des proprieacuteteacutes physiques
hydrodynamiques de transport (eacutemanation diffusion dissolution adsorption) et
thermiques du sol et sous-sol sous-jacent les bacirctiments et les mateacuteriaux constituant la
fondation du bacirctiment tels que la dalle et les murs en cas de cave ou partie drsquoune maison
enterreacutee dans le sol Les proprieacuteteacutes de transport peuvent ecirctre deacutependantes des proprieacuteteacutes
hydriques et thermodynamiques telles que la saturation en eau et la pression et la
tempeacuterature du gaz
Les conditions aux limites peuvent ecirctre constantes ou deacutependantes du temps pour inclure
les donneacutees meacuteteacuteorologiques qui regravegnent en surface telles que la pluie lrsquoeacutevapotranspiration
la pression et la tempeacuterature de lrsquoair atmospheacuterique La Figure 6 donne un exemple de
maillage adapteacute agrave T2Rn repreacutesentant un systegraveme plan sol-bacirctiment avec la preacutesence
drsquoune source de radon agrave une profondeur fixe du sol
Figure 6 Visualisation plane drsquoun maillage adapteacute agrave T2Rn avec des conditions aux limites renseigneacutees
Source de radon Sol Dalle Murs Inteacuterieur de lrsquohabitat Exteacuterieur de lrsquohabitat
212 DEVELOPPEMENTS
Le code TOUGH2EOS7Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacute par lrsquoIRSN en FORTRAN sur la base de la
plateforme TOUGH2 [8] La version ameacutelioreacutee T2Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacutee en 2016 en
collaboration avec CRC-LLC (Canyon Ridge Consulting) et LBNL (Lawrence Berkeley National
Laboratory) sur la base de la plateforme iTOUGH2 elle permet de tenir compte de
lrsquoeacutevaporation de la transpiration de la plante et du ruissellement de surface
13 50
213 MODELES MATHEMATIQUES
Equations de transport du radon en milieu poreuxfractureacute bi-phasique
Les espegraveces mises en jeu dans le bilan de masse sont repreacutesenteacutees par lrsquoexposant i = Rn air
eau qui deacutesigne respectivement le radon 222 lrsquoair en tant que meacutelange homogegravene de
drsquoazote (N2) et drsquooxygegravene (O2) et la moleacutecule drsquoeau H2O Elles peuvent ecirctre preacutesentes dans
chacune des phases liquide et gazeuse deacutesigneacutee par α = l g
Bilan de masse
ݐන ܯ
= න Γ
+ න ݍ
(Eq 1)
V Volume de controcircle eacuteleacutementaire (m3)
Г Surface du volume de controcircle eacuteleacutementaire V (m2)
n Vecteur normal sortant de la surface Г ( - )
ܯ Masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3)
Flux de masse de lrsquoespegravece i (kg m-2 s-1)
ݍ Terme source ou puits de masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3 s-1)
Masse des espegraveces i
ܯ = ఈߩఈఈ
ఈ
+ ௗߩ ߩ ܭ
(Eq 2)
φ Porositeacute ( - )
ఈ Saturation de la phase α ( - )
ఈ Fraction massique de lrsquoespegravece i dans la phase α ( - )
ܭ Coefficient drsquoadsorption de lrsquoespegravece i agrave lrsquointerface solidegaz (m3 kg)
Termes source et puits du radon
൞
ோ = ோݑ ܧ minus ோߣ ܯோ
ோݑ = ௦ܥோߩௗ
ோܯ
(Eq 3)
E Facteur drsquoeacutemanation ( - )
14 50
௦ܥோ Activiteacute massique du radium 226 dans la phase solide du solde la roche (Bqkg-1)
௦ߩ Masse volumique segraveche des particules solides du sol de la roche (kgm3)
ௗߩ Masse volumique segraveche du solde la roche (kgm3) avec ௗߩ = ( 1 minus ௦ߩ(
ோܯ Masse molaire moleacuteculaire du radon eacutegale agrave 0222 kg mol
Nombre drsquoAvogadro eacutegale agrave 60221023 atomesmol
ோߣ Constante de deacutesinteacutegration du radon (s-1) eacutegale agrave ln(2) ଵଶோ = 2110-1 s-1
ଵଶோ Temps de demi-vie du radon (s) eacutegale agrave 382 jours
Facteur drsquoeacutemanation
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele de Nielson et al (1982) deacutependant de la
saturation de la phase liquide
ܧ = )ܧ ) =
⎩⎪⎨
⎪௪ܧ⎧
lowast+ ܧ ൬1 minus
lowast൰ si lt lowast
௪ܧ sinon
(Eq 4)
௪ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat satureacute du sol ( - )
ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat sec du sol ( - )
Coefficient drsquoadsorption
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele empirique de Roger et Nielson (1991)
[10] deacutependant de la saturation de la phase liquide
ܭ ோ = ܭ
ோ exp(minus ) (Eq 5)
ܭ ோ Coefficient drsquoadsorption agrave lrsquoeacutetat sec de lrsquoespegravece i (m3kg)
Coefficient de correacutelation ( - )
Flux de masse
= ఈ ఈఈߩ
ఈ
minus ఈߩ ഥఈ સఈ
ఈ
(Eq 6)
ఈ Vitesse de Darcy intrinsegraveque agrave la phase α (m2 s)
ഥఈ Tenseur de dispersion (m2 s)
Le premier terme repreacutesente le flux de masse par convection et le second le flux diffusif
15 50
Vitesse de Darcy
ఈ = minus ఈ
ఈߤ(સ ఈ minus (ఈߩ (Eq 7)
ఈ Pression de la phase α (Pa)
Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque (m2)
ఈ Permeacuteabiliteacute drsquoun sol non-satureacute relative agrave la phase α (-)
g Acceacuteleacuteration de la pesanteur (ms2)
Loi de Henry
A tempeacuterature constante la quantiteacute de gaz dissout en phase aqueuse est proportionnelle agrave
la pression partielle qursquoexerce ce gaz sur le liquide Drsquoougrave
= ுܭ
(Eq 8)
ுܭ Constante drsquo Henry (Pa)
Fraction molaire de lrsquoespegravece i dans la phase liquide ( - )
Tenseur de dispersion
ഥఈ = ఈ ఈ
ത (Eq 9)
ఈ Tortuositeacute de la phase α (-)
ఈ Coefficient de diffusion moleacuteculaire de lrsquoespegravece i dans la phase α (m2 s)
Tortuositeacute
La tortuositeacute est estimeacutee3 agrave lrsquoaide du modegravele de Millington et Quirk (1961)
ఈ = ( ఈ)ଷ ଶ (Eq 10)
Ces eacutequations sont reacutesolues agrave partir des proprieacuteteacutes hydrodynamiques et thermodynamiques
des solsroches telles que la pression de vapeur ௩௨ la pression capillaire des solsroches
Pc(Sl) et la permeacuteabiliteacute relative aux diffeacuterentes phases ఈ(Sl) (cf Saacircdi et al (2014) [8] )
3 Il existe drsquoautres choix de modegraveles possibles (cf Saacircdi et al(2014) pour plus de deacutetails [8] )
16 50
Lrsquoinitialisation des profils de saturation en eau et de la pression du gaz du sol peut ecirctre
deacuteduite de la connaissance du niveau de la nappe ou par des mesures in-situ si elles sont
disponibles La concentration en radon dans la phase gaz est deacuteduite par le calcul de
lrsquoactiviteacute volumique du radon atteinte agrave lrsquoeacutequilibre en conditions stationnaires de
lrsquoeacutecoulement bi-phasique eau-air
Le systegraveme lineacuteaire drsquoeacutequations est obtenu par une discreacutetisation spatiale en volumes finis
du domaine drsquoeacutecoulement et une discreacutetisation temporelle par un scheacutema de type Euler
implicite Les variables de sortie sont les suivantes la pression de la phase gaz le degreacute de
saturation en gaz la pression partielle du radon et la tempeacuterature
Calcul du flux de radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
Deux approches sont possibles pour deacuteterminer le calcul du flux de radon agrave travers les dalles
et les murs drsquoune fondation Pour prendre en compte les fissures dans la dalle etou les
murs on peut utiliser soit une approche DCM (Discrete Crack Model) qui permet de
modeacuteliser explicitement les fissures dans le maillage ou une approche ECM (Equivalent
Continuum Model) consideacuterant les proprieacuteteacutes homogegravenes eacutequivalentes des dalles etou
murs fissureacutes
22 MA MODELES ANALYTIQUES ET SEMI-EMPIRIQUSE DE TRANSFERT DE
POLLUANTS GAZEUX SOL-BATIMENT
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) du CSTB dont les eacuteleacutements descriptifs sont issus de la
thegravese de Diallo (2013) [11] Ces modegraveles nrsquoont pas eacuteteacute utiliseacutes dans le cadre de ce travail de
stage Ils ont eacuteteacute utiliseacutes par le CSTB dans le cadre du benchmark Les reacutesultats qui en sont
issus seront discuteacutes dans les chapitres 3 en comparaison avec ceux obtenus avec T2Rn
221 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Les modegraveles analytiques fournissent les deacutebits drsquoair agrave lrsquointerface dalle-habitat obtenus par la
convection agrave travers le sol pour diffeacuterents types de soubassement dallage indeacutependant
dalle porteacutee vide sanitaire
17 50
A partir du deacutebit drsquoair estimeacute les modegraveles semi-empiriques deacutetermine le flux drsquoentreacutee de
polluants dans un bacirctiment en tenant en compte du transfert coupleacute par convection et
diffusion Ils sont baseacutes sur une eacutetude numeacuterique qui a permis une meilleure compreacutehension
du comportement des polluants agrave lrsquointerface solbacirctiment
222 DEVELOPPEMENTS
Les modegraveles analytiques et semi-empiriques deacuteveloppeacutes lors de preacuteceacutedents travaux de
recherche par Diallo en 2013 [11] Les diffeacuterents modegraveles deacuteveloppeacutes ont eacuteteacute valideacutes
numeacuteriquement avec un modegravele CFD (Computational Fluid Dynamics) et expeacuterimentalement
avec des donneacutees issues de la litteacuterature
223 MODELES MATHEMATIQUES
Modegraveles de quantification de deacutebit drsquoair sol-bacirctiment
Les deacutebits entrant dans les bacirctiments sont exprimeacutes par une loi (analogue agrave celle de Darcy)
donnant une relation lineacuteaire entre le deacutebit et la pression
q = Rm-1 dP (Eq 11)
q est le deacutebit entrant dans le bacirctiment par uniteacute de longueur drsquoune faccedilade (m3s-1m-1) dP
est la diffeacuterence de pression motrice entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur du bacirctiment (Pa) et Rm
est la reacutesistance totale des diffeacuterents milieux traverseacutes par lrsquoair (Pasm-2) est deacutetermineacutee
par lrsquoassociation de plusieurs reacutesistances eacuteleacutementaires qui repreacutesentent plusieurs eacutevolutions
de lignes de courant dans les diffeacuterents milieux sol dalle fissure (voir Figure 7)
Figure 7 Configurations typiques de lignes de courant dans le sol [11]
18 50
Le cas 1 correspond agrave des lignes de courant droites le cas 2 agrave des lignes de courants
circulaires le cas 3 agrave des lignes de courants atteignant un quart de cylindre et le cas 4 des
lignes de courants atteignant un demi-cylindre Les reacutesistances eacuteleacutementaires agrave leacutecoulement
agrave travers les diffeacuterents types de milieux sont donneacutees par
μ est la viscositeacute dynamique du fluide (Pas) ܪ la profondeur du cylindre (m) ܦ la
profondeur du cylindre (m) ݎ le rayon du cylindre (m) et k la permeacuteabiliteacute du milieu
traverseacute (msup2)
Le deacutebit drsquoair total peacuteneacutetrant un bacirctiment par lrsquointerface sol-bacirctiment est obtenu en
inteacutegrant la reacutesistance eacutequivalente correspondant agrave la typologie de soubassement eacutetudieacutee
Dans le cas drsquoun dallage porteacute le reacuteseau de reacutesistance est le suivant (Figure 8)
Figure 8 Typologie dalle porteacutee et reacuteseau de reacutesistances eacutequivalent [11]
Le deacutebit total drsquoair traversant le sol et la dalle porteacutee par uniteacute de longueur srsquoexprime
(Eq 12)
Les reacutesistances eacuteleacutementaires en jeu veacuterifient rmf1 = rcas1 rsmf = rcas4 rmf2 = rcas1 et rdalle = rcas1
leurs expressions eacutetant adapteacutees aux paramegravetres de leurs milieux respectifs
Le deacutebit total drsquoair entrant dans le bacirctiment par la dalle porteacutee est obtenu par inteacutegration du
deacutebit eacuteleacutementaires dqDP entre 2et ܮ) + ) 2 ce qui donne finalement
19 50
Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
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[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
7 50
12 SOURCES DU RADON DANS LrsquoENVIRONNEMENT
Le radon (Rn-222) provient de la deacutesinteacutegration α du radium (Ra-226) lui-mecircme descendant
de lrsquouranium (U-238) Ces radioeacuteleacutements se trouvent dans toutes les roches de la croucircte
terrestre geacuteneacuteralement agrave lrsquoeacutetat de trace Certaines formations peuvent en preacutesenter des
teneurs importantes on peut citer les roches magmatiques acides telles que les granites ou
encore certaines roches seacutedimentaires telles que les schistes noirs ou les charbons [3] [4]
Le sol issu de lrsquoalteacuteration des roches constitue aussi une source de radon avec neacuteanmoins
des teneurs en ses preacutecurseurs infeacuterieures agrave celles des roches drsquoorigine
13 EXHALATION DU RADON
Lrsquoexhalation du radon englobe lrsquoensemble des meacutecanismes conduisant agrave sa migration hors
du mateacuteriau poreux ougrave il srsquoest formeacute (geacuteneacuteralement du sol ou des formations rocheuses)
Deux processus se distinguent du pheacutenomegravene drsquoexhalation lrsquoeacutemanation et le transport La
Figure 3 en donne une illustration
Figure 3 Illustration du pheacutenomegravene drsquoexhalation (Source IRSN)
8 50
131 EacuteMANATION
Lrsquoeacutemanation est le meacutecanisme par lequel un atome de radon est libeacutereacute du grain solide dans
lequel il a eacuteteacute formeacute et arrive dans lrsquoespace libre des pores La quantiteacute drsquoatomes de radon
preacutesents dans les pores par rapport agrave celle totalement produite repreacutesente le facteur
drsquoeacutemanation du mateacuteriau Il est compris entre 0 et 1 le Tableau 1 indique des ordres de
grandeur du facteur drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de mateacuteriaux
Facteur moyen Gamme
Sol 01 001 - 05
Roches 008 lt 001-04
Mateacuteriaux de construction 005 lt 001-03
Briques drsquoargilebeacuteton
004015
002-0101-04
Tableau 1 Facteur drsquoeacutemanation du radon 222 pour divers mateacuteriaux [3]
Lrsquoeacutenergie de recul acquise par le radon au cours de sa formation lui permet de parcourir une
distance finie dite de recul Elle est de lrsquoordre de 002-007 μm dans les mineacuteraux de 01 μm
dans lrsquoeau et de 63 μm dans lrsquoair [5] Lrsquoenvironnement de deacutesinteacutegration du radium
conditionne donc le processus drsquoeacutemanation du radon Selon lrsquoagencement des grains solides
la taille des pores la teneur en eau ou encore la tempeacuterature du milieu quatre processus
drsquoeacutemanation peuvent se distinguer 1) Si le radon termine son recul dans lrsquoespace libre des
pores alors lrsquoeacutemanation se fait par recul direct 2) Si le radon reste pieacutegeacute dans le grain ougrave il a
eacuteteacute formeacute il peut eacutemaner par diffusion 3) La dissolution de la phase solide du grain dans
lequel est pieacutegeacute le radon peut eacutegalement conduire agrave son eacutemanation 4) Le radon peut
terminer son recul dans un grain adjacent agrave celui dans lequel il a eacuteteacute formeacute puis ecirctre libeacutereacute
par diffusion ou dissolution Dans ce cas lrsquoeacutemanation se fait par recul indirect
La Figure 4 illustre les trajectoires de recul possibles du radon au voisinage de lrsquointerface
entre deux grains en contact avec de lrsquoeau La distance de recul du radon dans lrsquoeau est
environ 10 fois infeacuterieure agrave celle observeacutee dans lrsquoair diminuant ainsi la probabiliteacute du radon
drsquoecirctre pieacutegeacute dans un grain voisin [5]
9 50
Figure 4 Trajectoires de recul possibles du radon au voisinage de deux grains (Source IRSN)
132 TRANSPORT
Apregraves eacutemanation le radon preacutesent dans lrsquoair ou lrsquoeau des pores chemine en direction de
lrsquoatmosphegravere traversant lrsquoensemble des mateacuteriaux poreux jusqursquoagrave atteindre les interfaces
sol-atmosphegravere ou sol-bacirctiment Le transport du radon vers la surface du sol est reacutegit par les
pheacutenomegravenes de diffusion et de convection
Diffusion
La diffusion est engendreacutee par lrsquoexistence drsquoun gradient spatial de concentration ce
pheacutenomegravene consiste agrave mobiliser les atomes de radon pour en homogeacuteneacuteiser la reacutepartition
spatiale faisant tendre les gradients de concentration vers zeacutero La mobilisation du radon
engendreacute par diffusion deacutepend du milieu traverseacute il diffuse par exemple plus rapidement
dans lrsquoair que dans lrsquoeau et drsquoautant plus facilement que le mateacuteriau poreux traverseacute est peu
compacteacute Lrsquoactiviteacute volumique du radon reacutesultant de la diffusion se quantifie par un
coefficient de diffusion quelques ordres de grandeur en sont reporteacutes dans le Tableau 2
Coefficient moyen gamme
AirEauSolsMateacuteriaux de construction
10-5
10-9
510-6
510-7
10-8
agrave 10-5
10-8
agrave 10-6
Tableau 2 Coefficient de diffusion du radon (msup2s) [3]
10 50
Convection
La convection est un pheacutenomegravene de transport par lequel le radon est mobiliseacute via le champ
de vitesse drsquoun eacutecoulement gazeux ou liquide Elle peut preacutedominer la diffusion au voisinage
des interfaces sol-atmosphegravere ougrave lrsquoexistence de forts gradients de pression favorise lrsquoinertie
de lrsquoair environnant Les stratifications thermiques du sol peuvent aussi engendrer
drsquoimportants mouvements fluides et mobiliser le radon
14 SOURCES ET VOIES DrsquoENTREE DU RADON DANS LES BATIMENTS
La roche et le sol sous-jacents un bacirctiment constituent les sources principales du radon dans
lrsquoair inteacuterieur Dans une moindre mesure drsquoautres sources de radon peuvent ecirctre
consideacutereacutees les mateacuteriaux de constructions lrsquoeau du robinet ou encore la combustion du
gaz naturel ou du charbon de bois La contribution respective de ces diffeacuterentes sources
dans la part de radon pouvant entrer dans une construction est tregraves variable Neacuteanmoins la
provenance du sol sous-jacent reste majoritaire et constitue la source drsquointeacuterecirct principale
de la preacutesente eacutetude [3] [6]
A des profondeurs geacuteneacuteralement supeacuterieures agrave 2 megravetres le vent et les fluctuations de
pression entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur drsquoun bacirctiment ont peu drsquoeffet sur le transport du
radon pour de telles profondeurs la convection est souvent peu importante par rapport agrave la
diffusion
Lrsquoentreacutee du radon dans les bacirctiments peut ecirctre favoriseacutee par les facteurs suivants [7]
La preacutesence des passages de canalisations (eau eacutelectriciteacute plomberie)
La permeacuteabiliteacute du plancher lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de trous ou de fissures
La permeacuteabiliteacute des faccedilades lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de portes et fenecirctres
La Figure 5 illustre les diffeacuterentes voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment
11 50
Figure 5 Illustration des voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment (Source IRSN)
2 PRESENTATION DES MODELES A COMPARER
Dans lrsquooptique drsquoune eacutetude comparative une description des modegraveles respectivement
utiliseacutes par lrsquoIRSN et le CSTB est reacutealiseacutee
21 T2RN MODELE NUMERIQUE DE TRANSPORT DU RADON EN MILIEUX POREUX
SOLS ET FONDATIONS DE BATIMENTS
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication de lrsquooutil T2Rn
(TOUGH2-Radon anciennement TOUGH2EOS7Rn) de lrsquoIRSN utiliseacute dans le cadre de ce
travail de stage [8] [9]
211 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Le code de calcul T2Rn est la version actuelle ameacutelioreacutee du code TOUGH2EOS7Rn Il permet
lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes transitoires de transport du radon en 3D dans des milieux poreux
ou fractureacutes bi-phasique (eau-air) Il permet drsquoeacutetudier des cas complexes de transfert depuis
le sol et les vides souterrains vers les bacirctiments en vue de deacuteterminer les voies principales
de transfert du radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
12 50
Lrsquoutilisation du code T2Rn se base sur un maillage constitueacute de volumes finis permettant de
modeacuteliser des systegravemes agrave geacuteomeacutetrie varieacutee T2Rn tient compte des proprieacuteteacutes physiques
hydrodynamiques de transport (eacutemanation diffusion dissolution adsorption) et
thermiques du sol et sous-sol sous-jacent les bacirctiments et les mateacuteriaux constituant la
fondation du bacirctiment tels que la dalle et les murs en cas de cave ou partie drsquoune maison
enterreacutee dans le sol Les proprieacuteteacutes de transport peuvent ecirctre deacutependantes des proprieacuteteacutes
hydriques et thermodynamiques telles que la saturation en eau et la pression et la
tempeacuterature du gaz
Les conditions aux limites peuvent ecirctre constantes ou deacutependantes du temps pour inclure
les donneacutees meacuteteacuteorologiques qui regravegnent en surface telles que la pluie lrsquoeacutevapotranspiration
la pression et la tempeacuterature de lrsquoair atmospheacuterique La Figure 6 donne un exemple de
maillage adapteacute agrave T2Rn repreacutesentant un systegraveme plan sol-bacirctiment avec la preacutesence
drsquoune source de radon agrave une profondeur fixe du sol
Figure 6 Visualisation plane drsquoun maillage adapteacute agrave T2Rn avec des conditions aux limites renseigneacutees
Source de radon Sol Dalle Murs Inteacuterieur de lrsquohabitat Exteacuterieur de lrsquohabitat
212 DEVELOPPEMENTS
Le code TOUGH2EOS7Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacute par lrsquoIRSN en FORTRAN sur la base de la
plateforme TOUGH2 [8] La version ameacutelioreacutee T2Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacutee en 2016 en
collaboration avec CRC-LLC (Canyon Ridge Consulting) et LBNL (Lawrence Berkeley National
Laboratory) sur la base de la plateforme iTOUGH2 elle permet de tenir compte de
lrsquoeacutevaporation de la transpiration de la plante et du ruissellement de surface
13 50
213 MODELES MATHEMATIQUES
Equations de transport du radon en milieu poreuxfractureacute bi-phasique
Les espegraveces mises en jeu dans le bilan de masse sont repreacutesenteacutees par lrsquoexposant i = Rn air
eau qui deacutesigne respectivement le radon 222 lrsquoair en tant que meacutelange homogegravene de
drsquoazote (N2) et drsquooxygegravene (O2) et la moleacutecule drsquoeau H2O Elles peuvent ecirctre preacutesentes dans
chacune des phases liquide et gazeuse deacutesigneacutee par α = l g
Bilan de masse
ݐන ܯ
= න Γ
+ න ݍ
(Eq 1)
V Volume de controcircle eacuteleacutementaire (m3)
Г Surface du volume de controcircle eacuteleacutementaire V (m2)
n Vecteur normal sortant de la surface Г ( - )
ܯ Masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3)
Flux de masse de lrsquoespegravece i (kg m-2 s-1)
ݍ Terme source ou puits de masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3 s-1)
Masse des espegraveces i
ܯ = ఈߩఈఈ
ఈ
+ ௗߩ ߩ ܭ
(Eq 2)
φ Porositeacute ( - )
ఈ Saturation de la phase α ( - )
ఈ Fraction massique de lrsquoespegravece i dans la phase α ( - )
ܭ Coefficient drsquoadsorption de lrsquoespegravece i agrave lrsquointerface solidegaz (m3 kg)
Termes source et puits du radon
൞
ோ = ோݑ ܧ minus ோߣ ܯோ
ோݑ = ௦ܥோߩௗ
ோܯ
(Eq 3)
E Facteur drsquoeacutemanation ( - )
14 50
௦ܥோ Activiteacute massique du radium 226 dans la phase solide du solde la roche (Bqkg-1)
௦ߩ Masse volumique segraveche des particules solides du sol de la roche (kgm3)
ௗߩ Masse volumique segraveche du solde la roche (kgm3) avec ௗߩ = ( 1 minus ௦ߩ(
ோܯ Masse molaire moleacuteculaire du radon eacutegale agrave 0222 kg mol
Nombre drsquoAvogadro eacutegale agrave 60221023 atomesmol
ோߣ Constante de deacutesinteacutegration du radon (s-1) eacutegale agrave ln(2) ଵଶோ = 2110-1 s-1
ଵଶோ Temps de demi-vie du radon (s) eacutegale agrave 382 jours
Facteur drsquoeacutemanation
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele de Nielson et al (1982) deacutependant de la
saturation de la phase liquide
ܧ = )ܧ ) =
⎩⎪⎨
⎪௪ܧ⎧
lowast+ ܧ ൬1 minus
lowast൰ si lt lowast
௪ܧ sinon
(Eq 4)
௪ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat satureacute du sol ( - )
ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat sec du sol ( - )
Coefficient drsquoadsorption
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele empirique de Roger et Nielson (1991)
[10] deacutependant de la saturation de la phase liquide
ܭ ோ = ܭ
ோ exp(minus ) (Eq 5)
ܭ ோ Coefficient drsquoadsorption agrave lrsquoeacutetat sec de lrsquoespegravece i (m3kg)
Coefficient de correacutelation ( - )
Flux de masse
= ఈ ఈఈߩ
ఈ
minus ఈߩ ഥఈ સఈ
ఈ
(Eq 6)
ఈ Vitesse de Darcy intrinsegraveque agrave la phase α (m2 s)
ഥఈ Tenseur de dispersion (m2 s)
Le premier terme repreacutesente le flux de masse par convection et le second le flux diffusif
15 50
Vitesse de Darcy
ఈ = minus ఈ
ఈߤ(સ ఈ minus (ఈߩ (Eq 7)
ఈ Pression de la phase α (Pa)
Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque (m2)
ఈ Permeacuteabiliteacute drsquoun sol non-satureacute relative agrave la phase α (-)
g Acceacuteleacuteration de la pesanteur (ms2)
Loi de Henry
A tempeacuterature constante la quantiteacute de gaz dissout en phase aqueuse est proportionnelle agrave
la pression partielle qursquoexerce ce gaz sur le liquide Drsquoougrave
= ுܭ
(Eq 8)
ுܭ Constante drsquo Henry (Pa)
Fraction molaire de lrsquoespegravece i dans la phase liquide ( - )
Tenseur de dispersion
ഥఈ = ఈ ఈ
ത (Eq 9)
ఈ Tortuositeacute de la phase α (-)
ఈ Coefficient de diffusion moleacuteculaire de lrsquoespegravece i dans la phase α (m2 s)
Tortuositeacute
La tortuositeacute est estimeacutee3 agrave lrsquoaide du modegravele de Millington et Quirk (1961)
ఈ = ( ఈ)ଷ ଶ (Eq 10)
Ces eacutequations sont reacutesolues agrave partir des proprieacuteteacutes hydrodynamiques et thermodynamiques
des solsroches telles que la pression de vapeur ௩௨ la pression capillaire des solsroches
Pc(Sl) et la permeacuteabiliteacute relative aux diffeacuterentes phases ఈ(Sl) (cf Saacircdi et al (2014) [8] )
3 Il existe drsquoautres choix de modegraveles possibles (cf Saacircdi et al(2014) pour plus de deacutetails [8] )
16 50
Lrsquoinitialisation des profils de saturation en eau et de la pression du gaz du sol peut ecirctre
deacuteduite de la connaissance du niveau de la nappe ou par des mesures in-situ si elles sont
disponibles La concentration en radon dans la phase gaz est deacuteduite par le calcul de
lrsquoactiviteacute volumique du radon atteinte agrave lrsquoeacutequilibre en conditions stationnaires de
lrsquoeacutecoulement bi-phasique eau-air
Le systegraveme lineacuteaire drsquoeacutequations est obtenu par une discreacutetisation spatiale en volumes finis
du domaine drsquoeacutecoulement et une discreacutetisation temporelle par un scheacutema de type Euler
implicite Les variables de sortie sont les suivantes la pression de la phase gaz le degreacute de
saturation en gaz la pression partielle du radon et la tempeacuterature
Calcul du flux de radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
Deux approches sont possibles pour deacuteterminer le calcul du flux de radon agrave travers les dalles
et les murs drsquoune fondation Pour prendre en compte les fissures dans la dalle etou les
murs on peut utiliser soit une approche DCM (Discrete Crack Model) qui permet de
modeacuteliser explicitement les fissures dans le maillage ou une approche ECM (Equivalent
Continuum Model) consideacuterant les proprieacuteteacutes homogegravenes eacutequivalentes des dalles etou
murs fissureacutes
22 MA MODELES ANALYTIQUES ET SEMI-EMPIRIQUSE DE TRANSFERT DE
POLLUANTS GAZEUX SOL-BATIMENT
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) du CSTB dont les eacuteleacutements descriptifs sont issus de la
thegravese de Diallo (2013) [11] Ces modegraveles nrsquoont pas eacuteteacute utiliseacutes dans le cadre de ce travail de
stage Ils ont eacuteteacute utiliseacutes par le CSTB dans le cadre du benchmark Les reacutesultats qui en sont
issus seront discuteacutes dans les chapitres 3 en comparaison avec ceux obtenus avec T2Rn
221 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Les modegraveles analytiques fournissent les deacutebits drsquoair agrave lrsquointerface dalle-habitat obtenus par la
convection agrave travers le sol pour diffeacuterents types de soubassement dallage indeacutependant
dalle porteacutee vide sanitaire
17 50
A partir du deacutebit drsquoair estimeacute les modegraveles semi-empiriques deacutetermine le flux drsquoentreacutee de
polluants dans un bacirctiment en tenant en compte du transfert coupleacute par convection et
diffusion Ils sont baseacutes sur une eacutetude numeacuterique qui a permis une meilleure compreacutehension
du comportement des polluants agrave lrsquointerface solbacirctiment
222 DEVELOPPEMENTS
Les modegraveles analytiques et semi-empiriques deacuteveloppeacutes lors de preacuteceacutedents travaux de
recherche par Diallo en 2013 [11] Les diffeacuterents modegraveles deacuteveloppeacutes ont eacuteteacute valideacutes
numeacuteriquement avec un modegravele CFD (Computational Fluid Dynamics) et expeacuterimentalement
avec des donneacutees issues de la litteacuterature
223 MODELES MATHEMATIQUES
Modegraveles de quantification de deacutebit drsquoair sol-bacirctiment
Les deacutebits entrant dans les bacirctiments sont exprimeacutes par une loi (analogue agrave celle de Darcy)
donnant une relation lineacuteaire entre le deacutebit et la pression
q = Rm-1 dP (Eq 11)
q est le deacutebit entrant dans le bacirctiment par uniteacute de longueur drsquoune faccedilade (m3s-1m-1) dP
est la diffeacuterence de pression motrice entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur du bacirctiment (Pa) et Rm
est la reacutesistance totale des diffeacuterents milieux traverseacutes par lrsquoair (Pasm-2) est deacutetermineacutee
par lrsquoassociation de plusieurs reacutesistances eacuteleacutementaires qui repreacutesentent plusieurs eacutevolutions
de lignes de courant dans les diffeacuterents milieux sol dalle fissure (voir Figure 7)
Figure 7 Configurations typiques de lignes de courant dans le sol [11]
18 50
Le cas 1 correspond agrave des lignes de courant droites le cas 2 agrave des lignes de courants
circulaires le cas 3 agrave des lignes de courants atteignant un quart de cylindre et le cas 4 des
lignes de courants atteignant un demi-cylindre Les reacutesistances eacuteleacutementaires agrave leacutecoulement
agrave travers les diffeacuterents types de milieux sont donneacutees par
μ est la viscositeacute dynamique du fluide (Pas) ܪ la profondeur du cylindre (m) ܦ la
profondeur du cylindre (m) ݎ le rayon du cylindre (m) et k la permeacuteabiliteacute du milieu
traverseacute (msup2)
Le deacutebit drsquoair total peacuteneacutetrant un bacirctiment par lrsquointerface sol-bacirctiment est obtenu en
inteacutegrant la reacutesistance eacutequivalente correspondant agrave la typologie de soubassement eacutetudieacutee
Dans le cas drsquoun dallage porteacute le reacuteseau de reacutesistance est le suivant (Figure 8)
Figure 8 Typologie dalle porteacutee et reacuteseau de reacutesistances eacutequivalent [11]
Le deacutebit total drsquoair traversant le sol et la dalle porteacutee par uniteacute de longueur srsquoexprime
(Eq 12)
Les reacutesistances eacuteleacutementaires en jeu veacuterifient rmf1 = rcas1 rsmf = rcas4 rmf2 = rcas1 et rdalle = rcas1
leurs expressions eacutetant adapteacutees aux paramegravetres de leurs milieux respectifs
Le deacutebit total drsquoair entrant dans le bacirctiment par la dalle porteacutee est obtenu par inteacutegration du
deacutebit eacuteleacutementaires dqDP entre 2et ܮ) + ) 2 ce qui donne finalement
19 50
Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
8 50
131 EacuteMANATION
Lrsquoeacutemanation est le meacutecanisme par lequel un atome de radon est libeacutereacute du grain solide dans
lequel il a eacuteteacute formeacute et arrive dans lrsquoespace libre des pores La quantiteacute drsquoatomes de radon
preacutesents dans les pores par rapport agrave celle totalement produite repreacutesente le facteur
drsquoeacutemanation du mateacuteriau Il est compris entre 0 et 1 le Tableau 1 indique des ordres de
grandeur du facteur drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de mateacuteriaux
Facteur moyen Gamme
Sol 01 001 - 05
Roches 008 lt 001-04
Mateacuteriaux de construction 005 lt 001-03
Briques drsquoargilebeacuteton
004015
002-0101-04
Tableau 1 Facteur drsquoeacutemanation du radon 222 pour divers mateacuteriaux [3]
Lrsquoeacutenergie de recul acquise par le radon au cours de sa formation lui permet de parcourir une
distance finie dite de recul Elle est de lrsquoordre de 002-007 μm dans les mineacuteraux de 01 μm
dans lrsquoeau et de 63 μm dans lrsquoair [5] Lrsquoenvironnement de deacutesinteacutegration du radium
conditionne donc le processus drsquoeacutemanation du radon Selon lrsquoagencement des grains solides
la taille des pores la teneur en eau ou encore la tempeacuterature du milieu quatre processus
drsquoeacutemanation peuvent se distinguer 1) Si le radon termine son recul dans lrsquoespace libre des
pores alors lrsquoeacutemanation se fait par recul direct 2) Si le radon reste pieacutegeacute dans le grain ougrave il a
eacuteteacute formeacute il peut eacutemaner par diffusion 3) La dissolution de la phase solide du grain dans
lequel est pieacutegeacute le radon peut eacutegalement conduire agrave son eacutemanation 4) Le radon peut
terminer son recul dans un grain adjacent agrave celui dans lequel il a eacuteteacute formeacute puis ecirctre libeacutereacute
par diffusion ou dissolution Dans ce cas lrsquoeacutemanation se fait par recul indirect
La Figure 4 illustre les trajectoires de recul possibles du radon au voisinage de lrsquointerface
entre deux grains en contact avec de lrsquoeau La distance de recul du radon dans lrsquoeau est
environ 10 fois infeacuterieure agrave celle observeacutee dans lrsquoair diminuant ainsi la probabiliteacute du radon
drsquoecirctre pieacutegeacute dans un grain voisin [5]
9 50
Figure 4 Trajectoires de recul possibles du radon au voisinage de deux grains (Source IRSN)
132 TRANSPORT
Apregraves eacutemanation le radon preacutesent dans lrsquoair ou lrsquoeau des pores chemine en direction de
lrsquoatmosphegravere traversant lrsquoensemble des mateacuteriaux poreux jusqursquoagrave atteindre les interfaces
sol-atmosphegravere ou sol-bacirctiment Le transport du radon vers la surface du sol est reacutegit par les
pheacutenomegravenes de diffusion et de convection
Diffusion
La diffusion est engendreacutee par lrsquoexistence drsquoun gradient spatial de concentration ce
pheacutenomegravene consiste agrave mobiliser les atomes de radon pour en homogeacuteneacuteiser la reacutepartition
spatiale faisant tendre les gradients de concentration vers zeacutero La mobilisation du radon
engendreacute par diffusion deacutepend du milieu traverseacute il diffuse par exemple plus rapidement
dans lrsquoair que dans lrsquoeau et drsquoautant plus facilement que le mateacuteriau poreux traverseacute est peu
compacteacute Lrsquoactiviteacute volumique du radon reacutesultant de la diffusion se quantifie par un
coefficient de diffusion quelques ordres de grandeur en sont reporteacutes dans le Tableau 2
Coefficient moyen gamme
AirEauSolsMateacuteriaux de construction
10-5
10-9
510-6
510-7
10-8
agrave 10-5
10-8
agrave 10-6
Tableau 2 Coefficient de diffusion du radon (msup2s) [3]
10 50
Convection
La convection est un pheacutenomegravene de transport par lequel le radon est mobiliseacute via le champ
de vitesse drsquoun eacutecoulement gazeux ou liquide Elle peut preacutedominer la diffusion au voisinage
des interfaces sol-atmosphegravere ougrave lrsquoexistence de forts gradients de pression favorise lrsquoinertie
de lrsquoair environnant Les stratifications thermiques du sol peuvent aussi engendrer
drsquoimportants mouvements fluides et mobiliser le radon
14 SOURCES ET VOIES DrsquoENTREE DU RADON DANS LES BATIMENTS
La roche et le sol sous-jacents un bacirctiment constituent les sources principales du radon dans
lrsquoair inteacuterieur Dans une moindre mesure drsquoautres sources de radon peuvent ecirctre
consideacutereacutees les mateacuteriaux de constructions lrsquoeau du robinet ou encore la combustion du
gaz naturel ou du charbon de bois La contribution respective de ces diffeacuterentes sources
dans la part de radon pouvant entrer dans une construction est tregraves variable Neacuteanmoins la
provenance du sol sous-jacent reste majoritaire et constitue la source drsquointeacuterecirct principale
de la preacutesente eacutetude [3] [6]
A des profondeurs geacuteneacuteralement supeacuterieures agrave 2 megravetres le vent et les fluctuations de
pression entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur drsquoun bacirctiment ont peu drsquoeffet sur le transport du
radon pour de telles profondeurs la convection est souvent peu importante par rapport agrave la
diffusion
Lrsquoentreacutee du radon dans les bacirctiments peut ecirctre favoriseacutee par les facteurs suivants [7]
La preacutesence des passages de canalisations (eau eacutelectriciteacute plomberie)
La permeacuteabiliteacute du plancher lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de trous ou de fissures
La permeacuteabiliteacute des faccedilades lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de portes et fenecirctres
La Figure 5 illustre les diffeacuterentes voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment
11 50
Figure 5 Illustration des voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment (Source IRSN)
2 PRESENTATION DES MODELES A COMPARER
Dans lrsquooptique drsquoune eacutetude comparative une description des modegraveles respectivement
utiliseacutes par lrsquoIRSN et le CSTB est reacutealiseacutee
21 T2RN MODELE NUMERIQUE DE TRANSPORT DU RADON EN MILIEUX POREUX
SOLS ET FONDATIONS DE BATIMENTS
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication de lrsquooutil T2Rn
(TOUGH2-Radon anciennement TOUGH2EOS7Rn) de lrsquoIRSN utiliseacute dans le cadre de ce
travail de stage [8] [9]
211 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Le code de calcul T2Rn est la version actuelle ameacutelioreacutee du code TOUGH2EOS7Rn Il permet
lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes transitoires de transport du radon en 3D dans des milieux poreux
ou fractureacutes bi-phasique (eau-air) Il permet drsquoeacutetudier des cas complexes de transfert depuis
le sol et les vides souterrains vers les bacirctiments en vue de deacuteterminer les voies principales
de transfert du radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
12 50
Lrsquoutilisation du code T2Rn se base sur un maillage constitueacute de volumes finis permettant de
modeacuteliser des systegravemes agrave geacuteomeacutetrie varieacutee T2Rn tient compte des proprieacuteteacutes physiques
hydrodynamiques de transport (eacutemanation diffusion dissolution adsorption) et
thermiques du sol et sous-sol sous-jacent les bacirctiments et les mateacuteriaux constituant la
fondation du bacirctiment tels que la dalle et les murs en cas de cave ou partie drsquoune maison
enterreacutee dans le sol Les proprieacuteteacutes de transport peuvent ecirctre deacutependantes des proprieacuteteacutes
hydriques et thermodynamiques telles que la saturation en eau et la pression et la
tempeacuterature du gaz
Les conditions aux limites peuvent ecirctre constantes ou deacutependantes du temps pour inclure
les donneacutees meacuteteacuteorologiques qui regravegnent en surface telles que la pluie lrsquoeacutevapotranspiration
la pression et la tempeacuterature de lrsquoair atmospheacuterique La Figure 6 donne un exemple de
maillage adapteacute agrave T2Rn repreacutesentant un systegraveme plan sol-bacirctiment avec la preacutesence
drsquoune source de radon agrave une profondeur fixe du sol
Figure 6 Visualisation plane drsquoun maillage adapteacute agrave T2Rn avec des conditions aux limites renseigneacutees
Source de radon Sol Dalle Murs Inteacuterieur de lrsquohabitat Exteacuterieur de lrsquohabitat
212 DEVELOPPEMENTS
Le code TOUGH2EOS7Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacute par lrsquoIRSN en FORTRAN sur la base de la
plateforme TOUGH2 [8] La version ameacutelioreacutee T2Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacutee en 2016 en
collaboration avec CRC-LLC (Canyon Ridge Consulting) et LBNL (Lawrence Berkeley National
Laboratory) sur la base de la plateforme iTOUGH2 elle permet de tenir compte de
lrsquoeacutevaporation de la transpiration de la plante et du ruissellement de surface
13 50
213 MODELES MATHEMATIQUES
Equations de transport du radon en milieu poreuxfractureacute bi-phasique
Les espegraveces mises en jeu dans le bilan de masse sont repreacutesenteacutees par lrsquoexposant i = Rn air
eau qui deacutesigne respectivement le radon 222 lrsquoair en tant que meacutelange homogegravene de
drsquoazote (N2) et drsquooxygegravene (O2) et la moleacutecule drsquoeau H2O Elles peuvent ecirctre preacutesentes dans
chacune des phases liquide et gazeuse deacutesigneacutee par α = l g
Bilan de masse
ݐන ܯ
= න Γ
+ න ݍ
(Eq 1)
V Volume de controcircle eacuteleacutementaire (m3)
Г Surface du volume de controcircle eacuteleacutementaire V (m2)
n Vecteur normal sortant de la surface Г ( - )
ܯ Masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3)
Flux de masse de lrsquoespegravece i (kg m-2 s-1)
ݍ Terme source ou puits de masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3 s-1)
Masse des espegraveces i
ܯ = ఈߩఈఈ
ఈ
+ ௗߩ ߩ ܭ
(Eq 2)
φ Porositeacute ( - )
ఈ Saturation de la phase α ( - )
ఈ Fraction massique de lrsquoespegravece i dans la phase α ( - )
ܭ Coefficient drsquoadsorption de lrsquoespegravece i agrave lrsquointerface solidegaz (m3 kg)
Termes source et puits du radon
൞
ோ = ோݑ ܧ minus ோߣ ܯோ
ோݑ = ௦ܥோߩௗ
ோܯ
(Eq 3)
E Facteur drsquoeacutemanation ( - )
14 50
௦ܥோ Activiteacute massique du radium 226 dans la phase solide du solde la roche (Bqkg-1)
௦ߩ Masse volumique segraveche des particules solides du sol de la roche (kgm3)
ௗߩ Masse volumique segraveche du solde la roche (kgm3) avec ௗߩ = ( 1 minus ௦ߩ(
ோܯ Masse molaire moleacuteculaire du radon eacutegale agrave 0222 kg mol
Nombre drsquoAvogadro eacutegale agrave 60221023 atomesmol
ோߣ Constante de deacutesinteacutegration du radon (s-1) eacutegale agrave ln(2) ଵଶோ = 2110-1 s-1
ଵଶோ Temps de demi-vie du radon (s) eacutegale agrave 382 jours
Facteur drsquoeacutemanation
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele de Nielson et al (1982) deacutependant de la
saturation de la phase liquide
ܧ = )ܧ ) =
⎩⎪⎨
⎪௪ܧ⎧
lowast+ ܧ ൬1 minus
lowast൰ si lt lowast
௪ܧ sinon
(Eq 4)
௪ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat satureacute du sol ( - )
ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat sec du sol ( - )
Coefficient drsquoadsorption
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele empirique de Roger et Nielson (1991)
[10] deacutependant de la saturation de la phase liquide
ܭ ோ = ܭ
ோ exp(minus ) (Eq 5)
ܭ ோ Coefficient drsquoadsorption agrave lrsquoeacutetat sec de lrsquoespegravece i (m3kg)
Coefficient de correacutelation ( - )
Flux de masse
= ఈ ఈఈߩ
ఈ
minus ఈߩ ഥఈ સఈ
ఈ
(Eq 6)
ఈ Vitesse de Darcy intrinsegraveque agrave la phase α (m2 s)
ഥఈ Tenseur de dispersion (m2 s)
Le premier terme repreacutesente le flux de masse par convection et le second le flux diffusif
15 50
Vitesse de Darcy
ఈ = minus ఈ
ఈߤ(સ ఈ minus (ఈߩ (Eq 7)
ఈ Pression de la phase α (Pa)
Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque (m2)
ఈ Permeacuteabiliteacute drsquoun sol non-satureacute relative agrave la phase α (-)
g Acceacuteleacuteration de la pesanteur (ms2)
Loi de Henry
A tempeacuterature constante la quantiteacute de gaz dissout en phase aqueuse est proportionnelle agrave
la pression partielle qursquoexerce ce gaz sur le liquide Drsquoougrave
= ுܭ
(Eq 8)
ுܭ Constante drsquo Henry (Pa)
Fraction molaire de lrsquoespegravece i dans la phase liquide ( - )
Tenseur de dispersion
ഥఈ = ఈ ఈ
ത (Eq 9)
ఈ Tortuositeacute de la phase α (-)
ఈ Coefficient de diffusion moleacuteculaire de lrsquoespegravece i dans la phase α (m2 s)
Tortuositeacute
La tortuositeacute est estimeacutee3 agrave lrsquoaide du modegravele de Millington et Quirk (1961)
ఈ = ( ఈ)ଷ ଶ (Eq 10)
Ces eacutequations sont reacutesolues agrave partir des proprieacuteteacutes hydrodynamiques et thermodynamiques
des solsroches telles que la pression de vapeur ௩௨ la pression capillaire des solsroches
Pc(Sl) et la permeacuteabiliteacute relative aux diffeacuterentes phases ఈ(Sl) (cf Saacircdi et al (2014) [8] )
3 Il existe drsquoautres choix de modegraveles possibles (cf Saacircdi et al(2014) pour plus de deacutetails [8] )
16 50
Lrsquoinitialisation des profils de saturation en eau et de la pression du gaz du sol peut ecirctre
deacuteduite de la connaissance du niveau de la nappe ou par des mesures in-situ si elles sont
disponibles La concentration en radon dans la phase gaz est deacuteduite par le calcul de
lrsquoactiviteacute volumique du radon atteinte agrave lrsquoeacutequilibre en conditions stationnaires de
lrsquoeacutecoulement bi-phasique eau-air
Le systegraveme lineacuteaire drsquoeacutequations est obtenu par une discreacutetisation spatiale en volumes finis
du domaine drsquoeacutecoulement et une discreacutetisation temporelle par un scheacutema de type Euler
implicite Les variables de sortie sont les suivantes la pression de la phase gaz le degreacute de
saturation en gaz la pression partielle du radon et la tempeacuterature
Calcul du flux de radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
Deux approches sont possibles pour deacuteterminer le calcul du flux de radon agrave travers les dalles
et les murs drsquoune fondation Pour prendre en compte les fissures dans la dalle etou les
murs on peut utiliser soit une approche DCM (Discrete Crack Model) qui permet de
modeacuteliser explicitement les fissures dans le maillage ou une approche ECM (Equivalent
Continuum Model) consideacuterant les proprieacuteteacutes homogegravenes eacutequivalentes des dalles etou
murs fissureacutes
22 MA MODELES ANALYTIQUES ET SEMI-EMPIRIQUSE DE TRANSFERT DE
POLLUANTS GAZEUX SOL-BATIMENT
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) du CSTB dont les eacuteleacutements descriptifs sont issus de la
thegravese de Diallo (2013) [11] Ces modegraveles nrsquoont pas eacuteteacute utiliseacutes dans le cadre de ce travail de
stage Ils ont eacuteteacute utiliseacutes par le CSTB dans le cadre du benchmark Les reacutesultats qui en sont
issus seront discuteacutes dans les chapitres 3 en comparaison avec ceux obtenus avec T2Rn
221 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Les modegraveles analytiques fournissent les deacutebits drsquoair agrave lrsquointerface dalle-habitat obtenus par la
convection agrave travers le sol pour diffeacuterents types de soubassement dallage indeacutependant
dalle porteacutee vide sanitaire
17 50
A partir du deacutebit drsquoair estimeacute les modegraveles semi-empiriques deacutetermine le flux drsquoentreacutee de
polluants dans un bacirctiment en tenant en compte du transfert coupleacute par convection et
diffusion Ils sont baseacutes sur une eacutetude numeacuterique qui a permis une meilleure compreacutehension
du comportement des polluants agrave lrsquointerface solbacirctiment
222 DEVELOPPEMENTS
Les modegraveles analytiques et semi-empiriques deacuteveloppeacutes lors de preacuteceacutedents travaux de
recherche par Diallo en 2013 [11] Les diffeacuterents modegraveles deacuteveloppeacutes ont eacuteteacute valideacutes
numeacuteriquement avec un modegravele CFD (Computational Fluid Dynamics) et expeacuterimentalement
avec des donneacutees issues de la litteacuterature
223 MODELES MATHEMATIQUES
Modegraveles de quantification de deacutebit drsquoair sol-bacirctiment
Les deacutebits entrant dans les bacirctiments sont exprimeacutes par une loi (analogue agrave celle de Darcy)
donnant une relation lineacuteaire entre le deacutebit et la pression
q = Rm-1 dP (Eq 11)
q est le deacutebit entrant dans le bacirctiment par uniteacute de longueur drsquoune faccedilade (m3s-1m-1) dP
est la diffeacuterence de pression motrice entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur du bacirctiment (Pa) et Rm
est la reacutesistance totale des diffeacuterents milieux traverseacutes par lrsquoair (Pasm-2) est deacutetermineacutee
par lrsquoassociation de plusieurs reacutesistances eacuteleacutementaires qui repreacutesentent plusieurs eacutevolutions
de lignes de courant dans les diffeacuterents milieux sol dalle fissure (voir Figure 7)
Figure 7 Configurations typiques de lignes de courant dans le sol [11]
18 50
Le cas 1 correspond agrave des lignes de courant droites le cas 2 agrave des lignes de courants
circulaires le cas 3 agrave des lignes de courants atteignant un quart de cylindre et le cas 4 des
lignes de courants atteignant un demi-cylindre Les reacutesistances eacuteleacutementaires agrave leacutecoulement
agrave travers les diffeacuterents types de milieux sont donneacutees par
μ est la viscositeacute dynamique du fluide (Pas) ܪ la profondeur du cylindre (m) ܦ la
profondeur du cylindre (m) ݎ le rayon du cylindre (m) et k la permeacuteabiliteacute du milieu
traverseacute (msup2)
Le deacutebit drsquoair total peacuteneacutetrant un bacirctiment par lrsquointerface sol-bacirctiment est obtenu en
inteacutegrant la reacutesistance eacutequivalente correspondant agrave la typologie de soubassement eacutetudieacutee
Dans le cas drsquoun dallage porteacute le reacuteseau de reacutesistance est le suivant (Figure 8)
Figure 8 Typologie dalle porteacutee et reacuteseau de reacutesistances eacutequivalent [11]
Le deacutebit total drsquoair traversant le sol et la dalle porteacutee par uniteacute de longueur srsquoexprime
(Eq 12)
Les reacutesistances eacuteleacutementaires en jeu veacuterifient rmf1 = rcas1 rsmf = rcas4 rmf2 = rcas1 et rdalle = rcas1
leurs expressions eacutetant adapteacutees aux paramegravetres de leurs milieux respectifs
Le deacutebit total drsquoair entrant dans le bacirctiment par la dalle porteacutee est obtenu par inteacutegration du
deacutebit eacuteleacutementaires dqDP entre 2et ܮ) + ) 2 ce qui donne finalement
19 50
Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
9 50
Figure 4 Trajectoires de recul possibles du radon au voisinage de deux grains (Source IRSN)
132 TRANSPORT
Apregraves eacutemanation le radon preacutesent dans lrsquoair ou lrsquoeau des pores chemine en direction de
lrsquoatmosphegravere traversant lrsquoensemble des mateacuteriaux poreux jusqursquoagrave atteindre les interfaces
sol-atmosphegravere ou sol-bacirctiment Le transport du radon vers la surface du sol est reacutegit par les
pheacutenomegravenes de diffusion et de convection
Diffusion
La diffusion est engendreacutee par lrsquoexistence drsquoun gradient spatial de concentration ce
pheacutenomegravene consiste agrave mobiliser les atomes de radon pour en homogeacuteneacuteiser la reacutepartition
spatiale faisant tendre les gradients de concentration vers zeacutero La mobilisation du radon
engendreacute par diffusion deacutepend du milieu traverseacute il diffuse par exemple plus rapidement
dans lrsquoair que dans lrsquoeau et drsquoautant plus facilement que le mateacuteriau poreux traverseacute est peu
compacteacute Lrsquoactiviteacute volumique du radon reacutesultant de la diffusion se quantifie par un
coefficient de diffusion quelques ordres de grandeur en sont reporteacutes dans le Tableau 2
Coefficient moyen gamme
AirEauSolsMateacuteriaux de construction
10-5
10-9
510-6
510-7
10-8
agrave 10-5
10-8
agrave 10-6
Tableau 2 Coefficient de diffusion du radon (msup2s) [3]
10 50
Convection
La convection est un pheacutenomegravene de transport par lequel le radon est mobiliseacute via le champ
de vitesse drsquoun eacutecoulement gazeux ou liquide Elle peut preacutedominer la diffusion au voisinage
des interfaces sol-atmosphegravere ougrave lrsquoexistence de forts gradients de pression favorise lrsquoinertie
de lrsquoair environnant Les stratifications thermiques du sol peuvent aussi engendrer
drsquoimportants mouvements fluides et mobiliser le radon
14 SOURCES ET VOIES DrsquoENTREE DU RADON DANS LES BATIMENTS
La roche et le sol sous-jacents un bacirctiment constituent les sources principales du radon dans
lrsquoair inteacuterieur Dans une moindre mesure drsquoautres sources de radon peuvent ecirctre
consideacutereacutees les mateacuteriaux de constructions lrsquoeau du robinet ou encore la combustion du
gaz naturel ou du charbon de bois La contribution respective de ces diffeacuterentes sources
dans la part de radon pouvant entrer dans une construction est tregraves variable Neacuteanmoins la
provenance du sol sous-jacent reste majoritaire et constitue la source drsquointeacuterecirct principale
de la preacutesente eacutetude [3] [6]
A des profondeurs geacuteneacuteralement supeacuterieures agrave 2 megravetres le vent et les fluctuations de
pression entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur drsquoun bacirctiment ont peu drsquoeffet sur le transport du
radon pour de telles profondeurs la convection est souvent peu importante par rapport agrave la
diffusion
Lrsquoentreacutee du radon dans les bacirctiments peut ecirctre favoriseacutee par les facteurs suivants [7]
La preacutesence des passages de canalisations (eau eacutelectriciteacute plomberie)
La permeacuteabiliteacute du plancher lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de trous ou de fissures
La permeacuteabiliteacute des faccedilades lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de portes et fenecirctres
La Figure 5 illustre les diffeacuterentes voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment
11 50
Figure 5 Illustration des voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment (Source IRSN)
2 PRESENTATION DES MODELES A COMPARER
Dans lrsquooptique drsquoune eacutetude comparative une description des modegraveles respectivement
utiliseacutes par lrsquoIRSN et le CSTB est reacutealiseacutee
21 T2RN MODELE NUMERIQUE DE TRANSPORT DU RADON EN MILIEUX POREUX
SOLS ET FONDATIONS DE BATIMENTS
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication de lrsquooutil T2Rn
(TOUGH2-Radon anciennement TOUGH2EOS7Rn) de lrsquoIRSN utiliseacute dans le cadre de ce
travail de stage [8] [9]
211 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Le code de calcul T2Rn est la version actuelle ameacutelioreacutee du code TOUGH2EOS7Rn Il permet
lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes transitoires de transport du radon en 3D dans des milieux poreux
ou fractureacutes bi-phasique (eau-air) Il permet drsquoeacutetudier des cas complexes de transfert depuis
le sol et les vides souterrains vers les bacirctiments en vue de deacuteterminer les voies principales
de transfert du radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
12 50
Lrsquoutilisation du code T2Rn se base sur un maillage constitueacute de volumes finis permettant de
modeacuteliser des systegravemes agrave geacuteomeacutetrie varieacutee T2Rn tient compte des proprieacuteteacutes physiques
hydrodynamiques de transport (eacutemanation diffusion dissolution adsorption) et
thermiques du sol et sous-sol sous-jacent les bacirctiments et les mateacuteriaux constituant la
fondation du bacirctiment tels que la dalle et les murs en cas de cave ou partie drsquoune maison
enterreacutee dans le sol Les proprieacuteteacutes de transport peuvent ecirctre deacutependantes des proprieacuteteacutes
hydriques et thermodynamiques telles que la saturation en eau et la pression et la
tempeacuterature du gaz
Les conditions aux limites peuvent ecirctre constantes ou deacutependantes du temps pour inclure
les donneacutees meacuteteacuteorologiques qui regravegnent en surface telles que la pluie lrsquoeacutevapotranspiration
la pression et la tempeacuterature de lrsquoair atmospheacuterique La Figure 6 donne un exemple de
maillage adapteacute agrave T2Rn repreacutesentant un systegraveme plan sol-bacirctiment avec la preacutesence
drsquoune source de radon agrave une profondeur fixe du sol
Figure 6 Visualisation plane drsquoun maillage adapteacute agrave T2Rn avec des conditions aux limites renseigneacutees
Source de radon Sol Dalle Murs Inteacuterieur de lrsquohabitat Exteacuterieur de lrsquohabitat
212 DEVELOPPEMENTS
Le code TOUGH2EOS7Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacute par lrsquoIRSN en FORTRAN sur la base de la
plateforme TOUGH2 [8] La version ameacutelioreacutee T2Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacutee en 2016 en
collaboration avec CRC-LLC (Canyon Ridge Consulting) et LBNL (Lawrence Berkeley National
Laboratory) sur la base de la plateforme iTOUGH2 elle permet de tenir compte de
lrsquoeacutevaporation de la transpiration de la plante et du ruissellement de surface
13 50
213 MODELES MATHEMATIQUES
Equations de transport du radon en milieu poreuxfractureacute bi-phasique
Les espegraveces mises en jeu dans le bilan de masse sont repreacutesenteacutees par lrsquoexposant i = Rn air
eau qui deacutesigne respectivement le radon 222 lrsquoair en tant que meacutelange homogegravene de
drsquoazote (N2) et drsquooxygegravene (O2) et la moleacutecule drsquoeau H2O Elles peuvent ecirctre preacutesentes dans
chacune des phases liquide et gazeuse deacutesigneacutee par α = l g
Bilan de masse
ݐන ܯ
= න Γ
+ න ݍ
(Eq 1)
V Volume de controcircle eacuteleacutementaire (m3)
Г Surface du volume de controcircle eacuteleacutementaire V (m2)
n Vecteur normal sortant de la surface Г ( - )
ܯ Masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3)
Flux de masse de lrsquoespegravece i (kg m-2 s-1)
ݍ Terme source ou puits de masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3 s-1)
Masse des espegraveces i
ܯ = ఈߩఈఈ
ఈ
+ ௗߩ ߩ ܭ
(Eq 2)
φ Porositeacute ( - )
ఈ Saturation de la phase α ( - )
ఈ Fraction massique de lrsquoespegravece i dans la phase α ( - )
ܭ Coefficient drsquoadsorption de lrsquoespegravece i agrave lrsquointerface solidegaz (m3 kg)
Termes source et puits du radon
൞
ோ = ோݑ ܧ minus ோߣ ܯோ
ோݑ = ௦ܥோߩௗ
ோܯ
(Eq 3)
E Facteur drsquoeacutemanation ( - )
14 50
௦ܥோ Activiteacute massique du radium 226 dans la phase solide du solde la roche (Bqkg-1)
௦ߩ Masse volumique segraveche des particules solides du sol de la roche (kgm3)
ௗߩ Masse volumique segraveche du solde la roche (kgm3) avec ௗߩ = ( 1 minus ௦ߩ(
ோܯ Masse molaire moleacuteculaire du radon eacutegale agrave 0222 kg mol
Nombre drsquoAvogadro eacutegale agrave 60221023 atomesmol
ோߣ Constante de deacutesinteacutegration du radon (s-1) eacutegale agrave ln(2) ଵଶோ = 2110-1 s-1
ଵଶோ Temps de demi-vie du radon (s) eacutegale agrave 382 jours
Facteur drsquoeacutemanation
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele de Nielson et al (1982) deacutependant de la
saturation de la phase liquide
ܧ = )ܧ ) =
⎩⎪⎨
⎪௪ܧ⎧
lowast+ ܧ ൬1 minus
lowast൰ si lt lowast
௪ܧ sinon
(Eq 4)
௪ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat satureacute du sol ( - )
ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat sec du sol ( - )
Coefficient drsquoadsorption
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele empirique de Roger et Nielson (1991)
[10] deacutependant de la saturation de la phase liquide
ܭ ோ = ܭ
ோ exp(minus ) (Eq 5)
ܭ ோ Coefficient drsquoadsorption agrave lrsquoeacutetat sec de lrsquoespegravece i (m3kg)
Coefficient de correacutelation ( - )
Flux de masse
= ఈ ఈఈߩ
ఈ
minus ఈߩ ഥఈ સఈ
ఈ
(Eq 6)
ఈ Vitesse de Darcy intrinsegraveque agrave la phase α (m2 s)
ഥఈ Tenseur de dispersion (m2 s)
Le premier terme repreacutesente le flux de masse par convection et le second le flux diffusif
15 50
Vitesse de Darcy
ఈ = minus ఈ
ఈߤ(સ ఈ minus (ఈߩ (Eq 7)
ఈ Pression de la phase α (Pa)
Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque (m2)
ఈ Permeacuteabiliteacute drsquoun sol non-satureacute relative agrave la phase α (-)
g Acceacuteleacuteration de la pesanteur (ms2)
Loi de Henry
A tempeacuterature constante la quantiteacute de gaz dissout en phase aqueuse est proportionnelle agrave
la pression partielle qursquoexerce ce gaz sur le liquide Drsquoougrave
= ுܭ
(Eq 8)
ுܭ Constante drsquo Henry (Pa)
Fraction molaire de lrsquoespegravece i dans la phase liquide ( - )
Tenseur de dispersion
ഥఈ = ఈ ఈ
ത (Eq 9)
ఈ Tortuositeacute de la phase α (-)
ఈ Coefficient de diffusion moleacuteculaire de lrsquoespegravece i dans la phase α (m2 s)
Tortuositeacute
La tortuositeacute est estimeacutee3 agrave lrsquoaide du modegravele de Millington et Quirk (1961)
ఈ = ( ఈ)ଷ ଶ (Eq 10)
Ces eacutequations sont reacutesolues agrave partir des proprieacuteteacutes hydrodynamiques et thermodynamiques
des solsroches telles que la pression de vapeur ௩௨ la pression capillaire des solsroches
Pc(Sl) et la permeacuteabiliteacute relative aux diffeacuterentes phases ఈ(Sl) (cf Saacircdi et al (2014) [8] )
3 Il existe drsquoautres choix de modegraveles possibles (cf Saacircdi et al(2014) pour plus de deacutetails [8] )
16 50
Lrsquoinitialisation des profils de saturation en eau et de la pression du gaz du sol peut ecirctre
deacuteduite de la connaissance du niveau de la nappe ou par des mesures in-situ si elles sont
disponibles La concentration en radon dans la phase gaz est deacuteduite par le calcul de
lrsquoactiviteacute volumique du radon atteinte agrave lrsquoeacutequilibre en conditions stationnaires de
lrsquoeacutecoulement bi-phasique eau-air
Le systegraveme lineacuteaire drsquoeacutequations est obtenu par une discreacutetisation spatiale en volumes finis
du domaine drsquoeacutecoulement et une discreacutetisation temporelle par un scheacutema de type Euler
implicite Les variables de sortie sont les suivantes la pression de la phase gaz le degreacute de
saturation en gaz la pression partielle du radon et la tempeacuterature
Calcul du flux de radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
Deux approches sont possibles pour deacuteterminer le calcul du flux de radon agrave travers les dalles
et les murs drsquoune fondation Pour prendre en compte les fissures dans la dalle etou les
murs on peut utiliser soit une approche DCM (Discrete Crack Model) qui permet de
modeacuteliser explicitement les fissures dans le maillage ou une approche ECM (Equivalent
Continuum Model) consideacuterant les proprieacuteteacutes homogegravenes eacutequivalentes des dalles etou
murs fissureacutes
22 MA MODELES ANALYTIQUES ET SEMI-EMPIRIQUSE DE TRANSFERT DE
POLLUANTS GAZEUX SOL-BATIMENT
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) du CSTB dont les eacuteleacutements descriptifs sont issus de la
thegravese de Diallo (2013) [11] Ces modegraveles nrsquoont pas eacuteteacute utiliseacutes dans le cadre de ce travail de
stage Ils ont eacuteteacute utiliseacutes par le CSTB dans le cadre du benchmark Les reacutesultats qui en sont
issus seront discuteacutes dans les chapitres 3 en comparaison avec ceux obtenus avec T2Rn
221 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Les modegraveles analytiques fournissent les deacutebits drsquoair agrave lrsquointerface dalle-habitat obtenus par la
convection agrave travers le sol pour diffeacuterents types de soubassement dallage indeacutependant
dalle porteacutee vide sanitaire
17 50
A partir du deacutebit drsquoair estimeacute les modegraveles semi-empiriques deacutetermine le flux drsquoentreacutee de
polluants dans un bacirctiment en tenant en compte du transfert coupleacute par convection et
diffusion Ils sont baseacutes sur une eacutetude numeacuterique qui a permis une meilleure compreacutehension
du comportement des polluants agrave lrsquointerface solbacirctiment
222 DEVELOPPEMENTS
Les modegraveles analytiques et semi-empiriques deacuteveloppeacutes lors de preacuteceacutedents travaux de
recherche par Diallo en 2013 [11] Les diffeacuterents modegraveles deacuteveloppeacutes ont eacuteteacute valideacutes
numeacuteriquement avec un modegravele CFD (Computational Fluid Dynamics) et expeacuterimentalement
avec des donneacutees issues de la litteacuterature
223 MODELES MATHEMATIQUES
Modegraveles de quantification de deacutebit drsquoair sol-bacirctiment
Les deacutebits entrant dans les bacirctiments sont exprimeacutes par une loi (analogue agrave celle de Darcy)
donnant une relation lineacuteaire entre le deacutebit et la pression
q = Rm-1 dP (Eq 11)
q est le deacutebit entrant dans le bacirctiment par uniteacute de longueur drsquoune faccedilade (m3s-1m-1) dP
est la diffeacuterence de pression motrice entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur du bacirctiment (Pa) et Rm
est la reacutesistance totale des diffeacuterents milieux traverseacutes par lrsquoair (Pasm-2) est deacutetermineacutee
par lrsquoassociation de plusieurs reacutesistances eacuteleacutementaires qui repreacutesentent plusieurs eacutevolutions
de lignes de courant dans les diffeacuterents milieux sol dalle fissure (voir Figure 7)
Figure 7 Configurations typiques de lignes de courant dans le sol [11]
18 50
Le cas 1 correspond agrave des lignes de courant droites le cas 2 agrave des lignes de courants
circulaires le cas 3 agrave des lignes de courants atteignant un quart de cylindre et le cas 4 des
lignes de courants atteignant un demi-cylindre Les reacutesistances eacuteleacutementaires agrave leacutecoulement
agrave travers les diffeacuterents types de milieux sont donneacutees par
μ est la viscositeacute dynamique du fluide (Pas) ܪ la profondeur du cylindre (m) ܦ la
profondeur du cylindre (m) ݎ le rayon du cylindre (m) et k la permeacuteabiliteacute du milieu
traverseacute (msup2)
Le deacutebit drsquoair total peacuteneacutetrant un bacirctiment par lrsquointerface sol-bacirctiment est obtenu en
inteacutegrant la reacutesistance eacutequivalente correspondant agrave la typologie de soubassement eacutetudieacutee
Dans le cas drsquoun dallage porteacute le reacuteseau de reacutesistance est le suivant (Figure 8)
Figure 8 Typologie dalle porteacutee et reacuteseau de reacutesistances eacutequivalent [11]
Le deacutebit total drsquoair traversant le sol et la dalle porteacutee par uniteacute de longueur srsquoexprime
(Eq 12)
Les reacutesistances eacuteleacutementaires en jeu veacuterifient rmf1 = rcas1 rsmf = rcas4 rmf2 = rcas1 et rdalle = rcas1
leurs expressions eacutetant adapteacutees aux paramegravetres de leurs milieux respectifs
Le deacutebit total drsquoair entrant dans le bacirctiment par la dalle porteacutee est obtenu par inteacutegration du
deacutebit eacuteleacutementaires dqDP entre 2et ܮ) + ) 2 ce qui donne finalement
19 50
Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
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[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
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[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
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[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
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[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
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[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
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RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
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issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
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characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
10 50
Convection
La convection est un pheacutenomegravene de transport par lequel le radon est mobiliseacute via le champ
de vitesse drsquoun eacutecoulement gazeux ou liquide Elle peut preacutedominer la diffusion au voisinage
des interfaces sol-atmosphegravere ougrave lrsquoexistence de forts gradients de pression favorise lrsquoinertie
de lrsquoair environnant Les stratifications thermiques du sol peuvent aussi engendrer
drsquoimportants mouvements fluides et mobiliser le radon
14 SOURCES ET VOIES DrsquoENTREE DU RADON DANS LES BATIMENTS
La roche et le sol sous-jacents un bacirctiment constituent les sources principales du radon dans
lrsquoair inteacuterieur Dans une moindre mesure drsquoautres sources de radon peuvent ecirctre
consideacutereacutees les mateacuteriaux de constructions lrsquoeau du robinet ou encore la combustion du
gaz naturel ou du charbon de bois La contribution respective de ces diffeacuterentes sources
dans la part de radon pouvant entrer dans une construction est tregraves variable Neacuteanmoins la
provenance du sol sous-jacent reste majoritaire et constitue la source drsquointeacuterecirct principale
de la preacutesente eacutetude [3] [6]
A des profondeurs geacuteneacuteralement supeacuterieures agrave 2 megravetres le vent et les fluctuations de
pression entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur drsquoun bacirctiment ont peu drsquoeffet sur le transport du
radon pour de telles profondeurs la convection est souvent peu importante par rapport agrave la
diffusion
Lrsquoentreacutee du radon dans les bacirctiments peut ecirctre favoriseacutee par les facteurs suivants [7]
La preacutesence des passages de canalisations (eau eacutelectriciteacute plomberie)
La permeacuteabiliteacute du plancher lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de trous ou de fissures
La permeacuteabiliteacute des faccedilades lieacutee notamment agrave la nature du mateacuteriau et agrave la preacutesence
de portes et fenecirctres
La Figure 5 illustre les diffeacuterentes voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment
11 50
Figure 5 Illustration des voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment (Source IRSN)
2 PRESENTATION DES MODELES A COMPARER
Dans lrsquooptique drsquoune eacutetude comparative une description des modegraveles respectivement
utiliseacutes par lrsquoIRSN et le CSTB est reacutealiseacutee
21 T2RN MODELE NUMERIQUE DE TRANSPORT DU RADON EN MILIEUX POREUX
SOLS ET FONDATIONS DE BATIMENTS
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication de lrsquooutil T2Rn
(TOUGH2-Radon anciennement TOUGH2EOS7Rn) de lrsquoIRSN utiliseacute dans le cadre de ce
travail de stage [8] [9]
211 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Le code de calcul T2Rn est la version actuelle ameacutelioreacutee du code TOUGH2EOS7Rn Il permet
lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes transitoires de transport du radon en 3D dans des milieux poreux
ou fractureacutes bi-phasique (eau-air) Il permet drsquoeacutetudier des cas complexes de transfert depuis
le sol et les vides souterrains vers les bacirctiments en vue de deacuteterminer les voies principales
de transfert du radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
12 50
Lrsquoutilisation du code T2Rn se base sur un maillage constitueacute de volumes finis permettant de
modeacuteliser des systegravemes agrave geacuteomeacutetrie varieacutee T2Rn tient compte des proprieacuteteacutes physiques
hydrodynamiques de transport (eacutemanation diffusion dissolution adsorption) et
thermiques du sol et sous-sol sous-jacent les bacirctiments et les mateacuteriaux constituant la
fondation du bacirctiment tels que la dalle et les murs en cas de cave ou partie drsquoune maison
enterreacutee dans le sol Les proprieacuteteacutes de transport peuvent ecirctre deacutependantes des proprieacuteteacutes
hydriques et thermodynamiques telles que la saturation en eau et la pression et la
tempeacuterature du gaz
Les conditions aux limites peuvent ecirctre constantes ou deacutependantes du temps pour inclure
les donneacutees meacuteteacuteorologiques qui regravegnent en surface telles que la pluie lrsquoeacutevapotranspiration
la pression et la tempeacuterature de lrsquoair atmospheacuterique La Figure 6 donne un exemple de
maillage adapteacute agrave T2Rn repreacutesentant un systegraveme plan sol-bacirctiment avec la preacutesence
drsquoune source de radon agrave une profondeur fixe du sol
Figure 6 Visualisation plane drsquoun maillage adapteacute agrave T2Rn avec des conditions aux limites renseigneacutees
Source de radon Sol Dalle Murs Inteacuterieur de lrsquohabitat Exteacuterieur de lrsquohabitat
212 DEVELOPPEMENTS
Le code TOUGH2EOS7Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacute par lrsquoIRSN en FORTRAN sur la base de la
plateforme TOUGH2 [8] La version ameacutelioreacutee T2Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacutee en 2016 en
collaboration avec CRC-LLC (Canyon Ridge Consulting) et LBNL (Lawrence Berkeley National
Laboratory) sur la base de la plateforme iTOUGH2 elle permet de tenir compte de
lrsquoeacutevaporation de la transpiration de la plante et du ruissellement de surface
13 50
213 MODELES MATHEMATIQUES
Equations de transport du radon en milieu poreuxfractureacute bi-phasique
Les espegraveces mises en jeu dans le bilan de masse sont repreacutesenteacutees par lrsquoexposant i = Rn air
eau qui deacutesigne respectivement le radon 222 lrsquoair en tant que meacutelange homogegravene de
drsquoazote (N2) et drsquooxygegravene (O2) et la moleacutecule drsquoeau H2O Elles peuvent ecirctre preacutesentes dans
chacune des phases liquide et gazeuse deacutesigneacutee par α = l g
Bilan de masse
ݐන ܯ
= න Γ
+ න ݍ
(Eq 1)
V Volume de controcircle eacuteleacutementaire (m3)
Г Surface du volume de controcircle eacuteleacutementaire V (m2)
n Vecteur normal sortant de la surface Г ( - )
ܯ Masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3)
Flux de masse de lrsquoespegravece i (kg m-2 s-1)
ݍ Terme source ou puits de masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3 s-1)
Masse des espegraveces i
ܯ = ఈߩఈఈ
ఈ
+ ௗߩ ߩ ܭ
(Eq 2)
φ Porositeacute ( - )
ఈ Saturation de la phase α ( - )
ఈ Fraction massique de lrsquoespegravece i dans la phase α ( - )
ܭ Coefficient drsquoadsorption de lrsquoespegravece i agrave lrsquointerface solidegaz (m3 kg)
Termes source et puits du radon
൞
ோ = ோݑ ܧ minus ோߣ ܯோ
ோݑ = ௦ܥோߩௗ
ோܯ
(Eq 3)
E Facteur drsquoeacutemanation ( - )
14 50
௦ܥோ Activiteacute massique du radium 226 dans la phase solide du solde la roche (Bqkg-1)
௦ߩ Masse volumique segraveche des particules solides du sol de la roche (kgm3)
ௗߩ Masse volumique segraveche du solde la roche (kgm3) avec ௗߩ = ( 1 minus ௦ߩ(
ோܯ Masse molaire moleacuteculaire du radon eacutegale agrave 0222 kg mol
Nombre drsquoAvogadro eacutegale agrave 60221023 atomesmol
ோߣ Constante de deacutesinteacutegration du radon (s-1) eacutegale agrave ln(2) ଵଶோ = 2110-1 s-1
ଵଶோ Temps de demi-vie du radon (s) eacutegale agrave 382 jours
Facteur drsquoeacutemanation
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele de Nielson et al (1982) deacutependant de la
saturation de la phase liquide
ܧ = )ܧ ) =
⎩⎪⎨
⎪௪ܧ⎧
lowast+ ܧ ൬1 minus
lowast൰ si lt lowast
௪ܧ sinon
(Eq 4)
௪ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat satureacute du sol ( - )
ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat sec du sol ( - )
Coefficient drsquoadsorption
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele empirique de Roger et Nielson (1991)
[10] deacutependant de la saturation de la phase liquide
ܭ ோ = ܭ
ோ exp(minus ) (Eq 5)
ܭ ோ Coefficient drsquoadsorption agrave lrsquoeacutetat sec de lrsquoespegravece i (m3kg)
Coefficient de correacutelation ( - )
Flux de masse
= ఈ ఈఈߩ
ఈ
minus ఈߩ ഥఈ સఈ
ఈ
(Eq 6)
ఈ Vitesse de Darcy intrinsegraveque agrave la phase α (m2 s)
ഥఈ Tenseur de dispersion (m2 s)
Le premier terme repreacutesente le flux de masse par convection et le second le flux diffusif
15 50
Vitesse de Darcy
ఈ = minus ఈ
ఈߤ(સ ఈ minus (ఈߩ (Eq 7)
ఈ Pression de la phase α (Pa)
Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque (m2)
ఈ Permeacuteabiliteacute drsquoun sol non-satureacute relative agrave la phase α (-)
g Acceacuteleacuteration de la pesanteur (ms2)
Loi de Henry
A tempeacuterature constante la quantiteacute de gaz dissout en phase aqueuse est proportionnelle agrave
la pression partielle qursquoexerce ce gaz sur le liquide Drsquoougrave
= ுܭ
(Eq 8)
ுܭ Constante drsquo Henry (Pa)
Fraction molaire de lrsquoespegravece i dans la phase liquide ( - )
Tenseur de dispersion
ഥఈ = ఈ ఈ
ത (Eq 9)
ఈ Tortuositeacute de la phase α (-)
ఈ Coefficient de diffusion moleacuteculaire de lrsquoespegravece i dans la phase α (m2 s)
Tortuositeacute
La tortuositeacute est estimeacutee3 agrave lrsquoaide du modegravele de Millington et Quirk (1961)
ఈ = ( ఈ)ଷ ଶ (Eq 10)
Ces eacutequations sont reacutesolues agrave partir des proprieacuteteacutes hydrodynamiques et thermodynamiques
des solsroches telles que la pression de vapeur ௩௨ la pression capillaire des solsroches
Pc(Sl) et la permeacuteabiliteacute relative aux diffeacuterentes phases ఈ(Sl) (cf Saacircdi et al (2014) [8] )
3 Il existe drsquoautres choix de modegraveles possibles (cf Saacircdi et al(2014) pour plus de deacutetails [8] )
16 50
Lrsquoinitialisation des profils de saturation en eau et de la pression du gaz du sol peut ecirctre
deacuteduite de la connaissance du niveau de la nappe ou par des mesures in-situ si elles sont
disponibles La concentration en radon dans la phase gaz est deacuteduite par le calcul de
lrsquoactiviteacute volumique du radon atteinte agrave lrsquoeacutequilibre en conditions stationnaires de
lrsquoeacutecoulement bi-phasique eau-air
Le systegraveme lineacuteaire drsquoeacutequations est obtenu par une discreacutetisation spatiale en volumes finis
du domaine drsquoeacutecoulement et une discreacutetisation temporelle par un scheacutema de type Euler
implicite Les variables de sortie sont les suivantes la pression de la phase gaz le degreacute de
saturation en gaz la pression partielle du radon et la tempeacuterature
Calcul du flux de radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
Deux approches sont possibles pour deacuteterminer le calcul du flux de radon agrave travers les dalles
et les murs drsquoune fondation Pour prendre en compte les fissures dans la dalle etou les
murs on peut utiliser soit une approche DCM (Discrete Crack Model) qui permet de
modeacuteliser explicitement les fissures dans le maillage ou une approche ECM (Equivalent
Continuum Model) consideacuterant les proprieacuteteacutes homogegravenes eacutequivalentes des dalles etou
murs fissureacutes
22 MA MODELES ANALYTIQUES ET SEMI-EMPIRIQUSE DE TRANSFERT DE
POLLUANTS GAZEUX SOL-BATIMENT
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) du CSTB dont les eacuteleacutements descriptifs sont issus de la
thegravese de Diallo (2013) [11] Ces modegraveles nrsquoont pas eacuteteacute utiliseacutes dans le cadre de ce travail de
stage Ils ont eacuteteacute utiliseacutes par le CSTB dans le cadre du benchmark Les reacutesultats qui en sont
issus seront discuteacutes dans les chapitres 3 en comparaison avec ceux obtenus avec T2Rn
221 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Les modegraveles analytiques fournissent les deacutebits drsquoair agrave lrsquointerface dalle-habitat obtenus par la
convection agrave travers le sol pour diffeacuterents types de soubassement dallage indeacutependant
dalle porteacutee vide sanitaire
17 50
A partir du deacutebit drsquoair estimeacute les modegraveles semi-empiriques deacutetermine le flux drsquoentreacutee de
polluants dans un bacirctiment en tenant en compte du transfert coupleacute par convection et
diffusion Ils sont baseacutes sur une eacutetude numeacuterique qui a permis une meilleure compreacutehension
du comportement des polluants agrave lrsquointerface solbacirctiment
222 DEVELOPPEMENTS
Les modegraveles analytiques et semi-empiriques deacuteveloppeacutes lors de preacuteceacutedents travaux de
recherche par Diallo en 2013 [11] Les diffeacuterents modegraveles deacuteveloppeacutes ont eacuteteacute valideacutes
numeacuteriquement avec un modegravele CFD (Computational Fluid Dynamics) et expeacuterimentalement
avec des donneacutees issues de la litteacuterature
223 MODELES MATHEMATIQUES
Modegraveles de quantification de deacutebit drsquoair sol-bacirctiment
Les deacutebits entrant dans les bacirctiments sont exprimeacutes par une loi (analogue agrave celle de Darcy)
donnant une relation lineacuteaire entre le deacutebit et la pression
q = Rm-1 dP (Eq 11)
q est le deacutebit entrant dans le bacirctiment par uniteacute de longueur drsquoune faccedilade (m3s-1m-1) dP
est la diffeacuterence de pression motrice entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur du bacirctiment (Pa) et Rm
est la reacutesistance totale des diffeacuterents milieux traverseacutes par lrsquoair (Pasm-2) est deacutetermineacutee
par lrsquoassociation de plusieurs reacutesistances eacuteleacutementaires qui repreacutesentent plusieurs eacutevolutions
de lignes de courant dans les diffeacuterents milieux sol dalle fissure (voir Figure 7)
Figure 7 Configurations typiques de lignes de courant dans le sol [11]
18 50
Le cas 1 correspond agrave des lignes de courant droites le cas 2 agrave des lignes de courants
circulaires le cas 3 agrave des lignes de courants atteignant un quart de cylindre et le cas 4 des
lignes de courants atteignant un demi-cylindre Les reacutesistances eacuteleacutementaires agrave leacutecoulement
agrave travers les diffeacuterents types de milieux sont donneacutees par
μ est la viscositeacute dynamique du fluide (Pas) ܪ la profondeur du cylindre (m) ܦ la
profondeur du cylindre (m) ݎ le rayon du cylindre (m) et k la permeacuteabiliteacute du milieu
traverseacute (msup2)
Le deacutebit drsquoair total peacuteneacutetrant un bacirctiment par lrsquointerface sol-bacirctiment est obtenu en
inteacutegrant la reacutesistance eacutequivalente correspondant agrave la typologie de soubassement eacutetudieacutee
Dans le cas drsquoun dallage porteacute le reacuteseau de reacutesistance est le suivant (Figure 8)
Figure 8 Typologie dalle porteacutee et reacuteseau de reacutesistances eacutequivalent [11]
Le deacutebit total drsquoair traversant le sol et la dalle porteacutee par uniteacute de longueur srsquoexprime
(Eq 12)
Les reacutesistances eacuteleacutementaires en jeu veacuterifient rmf1 = rcas1 rsmf = rcas4 rmf2 = rcas1 et rdalle = rcas1
leurs expressions eacutetant adapteacutees aux paramegravetres de leurs milieux respectifs
Le deacutebit total drsquoair entrant dans le bacirctiment par la dalle porteacutee est obtenu par inteacutegration du
deacutebit eacuteleacutementaires dqDP entre 2et ܮ) + ) 2 ce qui donne finalement
19 50
Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
11 50
Figure 5 Illustration des voies drsquoentreacutee possibles du radon dans un bacirctiment (Source IRSN)
2 PRESENTATION DES MODELES A COMPARER
Dans lrsquooptique drsquoune eacutetude comparative une description des modegraveles respectivement
utiliseacutes par lrsquoIRSN et le CSTB est reacutealiseacutee
21 T2RN MODELE NUMERIQUE DE TRANSPORT DU RADON EN MILIEUX POREUX
SOLS ET FONDATIONS DE BATIMENTS
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication de lrsquooutil T2Rn
(TOUGH2-Radon anciennement TOUGH2EOS7Rn) de lrsquoIRSN utiliseacute dans le cadre de ce
travail de stage [8] [9]
211 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Le code de calcul T2Rn est la version actuelle ameacutelioreacutee du code TOUGH2EOS7Rn Il permet
lrsquoeacutetude des pheacutenomegravenes transitoires de transport du radon en 3D dans des milieux poreux
ou fractureacutes bi-phasique (eau-air) Il permet drsquoeacutetudier des cas complexes de transfert depuis
le sol et les vides souterrains vers les bacirctiments en vue de deacuteterminer les voies principales
de transfert du radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
12 50
Lrsquoutilisation du code T2Rn se base sur un maillage constitueacute de volumes finis permettant de
modeacuteliser des systegravemes agrave geacuteomeacutetrie varieacutee T2Rn tient compte des proprieacuteteacutes physiques
hydrodynamiques de transport (eacutemanation diffusion dissolution adsorption) et
thermiques du sol et sous-sol sous-jacent les bacirctiments et les mateacuteriaux constituant la
fondation du bacirctiment tels que la dalle et les murs en cas de cave ou partie drsquoune maison
enterreacutee dans le sol Les proprieacuteteacutes de transport peuvent ecirctre deacutependantes des proprieacuteteacutes
hydriques et thermodynamiques telles que la saturation en eau et la pression et la
tempeacuterature du gaz
Les conditions aux limites peuvent ecirctre constantes ou deacutependantes du temps pour inclure
les donneacutees meacuteteacuteorologiques qui regravegnent en surface telles que la pluie lrsquoeacutevapotranspiration
la pression et la tempeacuterature de lrsquoair atmospheacuterique La Figure 6 donne un exemple de
maillage adapteacute agrave T2Rn repreacutesentant un systegraveme plan sol-bacirctiment avec la preacutesence
drsquoune source de radon agrave une profondeur fixe du sol
Figure 6 Visualisation plane drsquoun maillage adapteacute agrave T2Rn avec des conditions aux limites renseigneacutees
Source de radon Sol Dalle Murs Inteacuterieur de lrsquohabitat Exteacuterieur de lrsquohabitat
212 DEVELOPPEMENTS
Le code TOUGH2EOS7Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacute par lrsquoIRSN en FORTRAN sur la base de la
plateforme TOUGH2 [8] La version ameacutelioreacutee T2Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacutee en 2016 en
collaboration avec CRC-LLC (Canyon Ridge Consulting) et LBNL (Lawrence Berkeley National
Laboratory) sur la base de la plateforme iTOUGH2 elle permet de tenir compte de
lrsquoeacutevaporation de la transpiration de la plante et du ruissellement de surface
13 50
213 MODELES MATHEMATIQUES
Equations de transport du radon en milieu poreuxfractureacute bi-phasique
Les espegraveces mises en jeu dans le bilan de masse sont repreacutesenteacutees par lrsquoexposant i = Rn air
eau qui deacutesigne respectivement le radon 222 lrsquoair en tant que meacutelange homogegravene de
drsquoazote (N2) et drsquooxygegravene (O2) et la moleacutecule drsquoeau H2O Elles peuvent ecirctre preacutesentes dans
chacune des phases liquide et gazeuse deacutesigneacutee par α = l g
Bilan de masse
ݐන ܯ
= න Γ
+ න ݍ
(Eq 1)
V Volume de controcircle eacuteleacutementaire (m3)
Г Surface du volume de controcircle eacuteleacutementaire V (m2)
n Vecteur normal sortant de la surface Г ( - )
ܯ Masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3)
Flux de masse de lrsquoespegravece i (kg m-2 s-1)
ݍ Terme source ou puits de masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3 s-1)
Masse des espegraveces i
ܯ = ఈߩఈఈ
ఈ
+ ௗߩ ߩ ܭ
(Eq 2)
φ Porositeacute ( - )
ఈ Saturation de la phase α ( - )
ఈ Fraction massique de lrsquoespegravece i dans la phase α ( - )
ܭ Coefficient drsquoadsorption de lrsquoespegravece i agrave lrsquointerface solidegaz (m3 kg)
Termes source et puits du radon
൞
ோ = ோݑ ܧ minus ோߣ ܯோ
ோݑ = ௦ܥோߩௗ
ோܯ
(Eq 3)
E Facteur drsquoeacutemanation ( - )
14 50
௦ܥோ Activiteacute massique du radium 226 dans la phase solide du solde la roche (Bqkg-1)
௦ߩ Masse volumique segraveche des particules solides du sol de la roche (kgm3)
ௗߩ Masse volumique segraveche du solde la roche (kgm3) avec ௗߩ = ( 1 minus ௦ߩ(
ோܯ Masse molaire moleacuteculaire du radon eacutegale agrave 0222 kg mol
Nombre drsquoAvogadro eacutegale agrave 60221023 atomesmol
ோߣ Constante de deacutesinteacutegration du radon (s-1) eacutegale agrave ln(2) ଵଶோ = 2110-1 s-1
ଵଶோ Temps de demi-vie du radon (s) eacutegale agrave 382 jours
Facteur drsquoeacutemanation
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele de Nielson et al (1982) deacutependant de la
saturation de la phase liquide
ܧ = )ܧ ) =
⎩⎪⎨
⎪௪ܧ⎧
lowast+ ܧ ൬1 minus
lowast൰ si lt lowast
௪ܧ sinon
(Eq 4)
௪ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat satureacute du sol ( - )
ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat sec du sol ( - )
Coefficient drsquoadsorption
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele empirique de Roger et Nielson (1991)
[10] deacutependant de la saturation de la phase liquide
ܭ ோ = ܭ
ோ exp(minus ) (Eq 5)
ܭ ோ Coefficient drsquoadsorption agrave lrsquoeacutetat sec de lrsquoespegravece i (m3kg)
Coefficient de correacutelation ( - )
Flux de masse
= ఈ ఈఈߩ
ఈ
minus ఈߩ ഥఈ સఈ
ఈ
(Eq 6)
ఈ Vitesse de Darcy intrinsegraveque agrave la phase α (m2 s)
ഥఈ Tenseur de dispersion (m2 s)
Le premier terme repreacutesente le flux de masse par convection et le second le flux diffusif
15 50
Vitesse de Darcy
ఈ = minus ఈ
ఈߤ(સ ఈ minus (ఈߩ (Eq 7)
ఈ Pression de la phase α (Pa)
Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque (m2)
ఈ Permeacuteabiliteacute drsquoun sol non-satureacute relative agrave la phase α (-)
g Acceacuteleacuteration de la pesanteur (ms2)
Loi de Henry
A tempeacuterature constante la quantiteacute de gaz dissout en phase aqueuse est proportionnelle agrave
la pression partielle qursquoexerce ce gaz sur le liquide Drsquoougrave
= ுܭ
(Eq 8)
ுܭ Constante drsquo Henry (Pa)
Fraction molaire de lrsquoespegravece i dans la phase liquide ( - )
Tenseur de dispersion
ഥఈ = ఈ ఈ
ത (Eq 9)
ఈ Tortuositeacute de la phase α (-)
ఈ Coefficient de diffusion moleacuteculaire de lrsquoespegravece i dans la phase α (m2 s)
Tortuositeacute
La tortuositeacute est estimeacutee3 agrave lrsquoaide du modegravele de Millington et Quirk (1961)
ఈ = ( ఈ)ଷ ଶ (Eq 10)
Ces eacutequations sont reacutesolues agrave partir des proprieacuteteacutes hydrodynamiques et thermodynamiques
des solsroches telles que la pression de vapeur ௩௨ la pression capillaire des solsroches
Pc(Sl) et la permeacuteabiliteacute relative aux diffeacuterentes phases ఈ(Sl) (cf Saacircdi et al (2014) [8] )
3 Il existe drsquoautres choix de modegraveles possibles (cf Saacircdi et al(2014) pour plus de deacutetails [8] )
16 50
Lrsquoinitialisation des profils de saturation en eau et de la pression du gaz du sol peut ecirctre
deacuteduite de la connaissance du niveau de la nappe ou par des mesures in-situ si elles sont
disponibles La concentration en radon dans la phase gaz est deacuteduite par le calcul de
lrsquoactiviteacute volumique du radon atteinte agrave lrsquoeacutequilibre en conditions stationnaires de
lrsquoeacutecoulement bi-phasique eau-air
Le systegraveme lineacuteaire drsquoeacutequations est obtenu par une discreacutetisation spatiale en volumes finis
du domaine drsquoeacutecoulement et une discreacutetisation temporelle par un scheacutema de type Euler
implicite Les variables de sortie sont les suivantes la pression de la phase gaz le degreacute de
saturation en gaz la pression partielle du radon et la tempeacuterature
Calcul du flux de radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
Deux approches sont possibles pour deacuteterminer le calcul du flux de radon agrave travers les dalles
et les murs drsquoune fondation Pour prendre en compte les fissures dans la dalle etou les
murs on peut utiliser soit une approche DCM (Discrete Crack Model) qui permet de
modeacuteliser explicitement les fissures dans le maillage ou une approche ECM (Equivalent
Continuum Model) consideacuterant les proprieacuteteacutes homogegravenes eacutequivalentes des dalles etou
murs fissureacutes
22 MA MODELES ANALYTIQUES ET SEMI-EMPIRIQUSE DE TRANSFERT DE
POLLUANTS GAZEUX SOL-BATIMENT
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) du CSTB dont les eacuteleacutements descriptifs sont issus de la
thegravese de Diallo (2013) [11] Ces modegraveles nrsquoont pas eacuteteacute utiliseacutes dans le cadre de ce travail de
stage Ils ont eacuteteacute utiliseacutes par le CSTB dans le cadre du benchmark Les reacutesultats qui en sont
issus seront discuteacutes dans les chapitres 3 en comparaison avec ceux obtenus avec T2Rn
221 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Les modegraveles analytiques fournissent les deacutebits drsquoair agrave lrsquointerface dalle-habitat obtenus par la
convection agrave travers le sol pour diffeacuterents types de soubassement dallage indeacutependant
dalle porteacutee vide sanitaire
17 50
A partir du deacutebit drsquoair estimeacute les modegraveles semi-empiriques deacutetermine le flux drsquoentreacutee de
polluants dans un bacirctiment en tenant en compte du transfert coupleacute par convection et
diffusion Ils sont baseacutes sur une eacutetude numeacuterique qui a permis une meilleure compreacutehension
du comportement des polluants agrave lrsquointerface solbacirctiment
222 DEVELOPPEMENTS
Les modegraveles analytiques et semi-empiriques deacuteveloppeacutes lors de preacuteceacutedents travaux de
recherche par Diallo en 2013 [11] Les diffeacuterents modegraveles deacuteveloppeacutes ont eacuteteacute valideacutes
numeacuteriquement avec un modegravele CFD (Computational Fluid Dynamics) et expeacuterimentalement
avec des donneacutees issues de la litteacuterature
223 MODELES MATHEMATIQUES
Modegraveles de quantification de deacutebit drsquoair sol-bacirctiment
Les deacutebits entrant dans les bacirctiments sont exprimeacutes par une loi (analogue agrave celle de Darcy)
donnant une relation lineacuteaire entre le deacutebit et la pression
q = Rm-1 dP (Eq 11)
q est le deacutebit entrant dans le bacirctiment par uniteacute de longueur drsquoune faccedilade (m3s-1m-1) dP
est la diffeacuterence de pression motrice entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur du bacirctiment (Pa) et Rm
est la reacutesistance totale des diffeacuterents milieux traverseacutes par lrsquoair (Pasm-2) est deacutetermineacutee
par lrsquoassociation de plusieurs reacutesistances eacuteleacutementaires qui repreacutesentent plusieurs eacutevolutions
de lignes de courant dans les diffeacuterents milieux sol dalle fissure (voir Figure 7)
Figure 7 Configurations typiques de lignes de courant dans le sol [11]
18 50
Le cas 1 correspond agrave des lignes de courant droites le cas 2 agrave des lignes de courants
circulaires le cas 3 agrave des lignes de courants atteignant un quart de cylindre et le cas 4 des
lignes de courants atteignant un demi-cylindre Les reacutesistances eacuteleacutementaires agrave leacutecoulement
agrave travers les diffeacuterents types de milieux sont donneacutees par
μ est la viscositeacute dynamique du fluide (Pas) ܪ la profondeur du cylindre (m) ܦ la
profondeur du cylindre (m) ݎ le rayon du cylindre (m) et k la permeacuteabiliteacute du milieu
traverseacute (msup2)
Le deacutebit drsquoair total peacuteneacutetrant un bacirctiment par lrsquointerface sol-bacirctiment est obtenu en
inteacutegrant la reacutesistance eacutequivalente correspondant agrave la typologie de soubassement eacutetudieacutee
Dans le cas drsquoun dallage porteacute le reacuteseau de reacutesistance est le suivant (Figure 8)
Figure 8 Typologie dalle porteacutee et reacuteseau de reacutesistances eacutequivalent [11]
Le deacutebit total drsquoair traversant le sol et la dalle porteacutee par uniteacute de longueur srsquoexprime
(Eq 12)
Les reacutesistances eacuteleacutementaires en jeu veacuterifient rmf1 = rcas1 rsmf = rcas4 rmf2 = rcas1 et rdalle = rcas1
leurs expressions eacutetant adapteacutees aux paramegravetres de leurs milieux respectifs
Le deacutebit total drsquoair entrant dans le bacirctiment par la dalle porteacutee est obtenu par inteacutegration du
deacutebit eacuteleacutementaires dqDP entre 2et ܮ) + ) 2 ce qui donne finalement
19 50
Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
12 50
Lrsquoutilisation du code T2Rn se base sur un maillage constitueacute de volumes finis permettant de
modeacuteliser des systegravemes agrave geacuteomeacutetrie varieacutee T2Rn tient compte des proprieacuteteacutes physiques
hydrodynamiques de transport (eacutemanation diffusion dissolution adsorption) et
thermiques du sol et sous-sol sous-jacent les bacirctiments et les mateacuteriaux constituant la
fondation du bacirctiment tels que la dalle et les murs en cas de cave ou partie drsquoune maison
enterreacutee dans le sol Les proprieacuteteacutes de transport peuvent ecirctre deacutependantes des proprieacuteteacutes
hydriques et thermodynamiques telles que la saturation en eau et la pression et la
tempeacuterature du gaz
Les conditions aux limites peuvent ecirctre constantes ou deacutependantes du temps pour inclure
les donneacutees meacuteteacuteorologiques qui regravegnent en surface telles que la pluie lrsquoeacutevapotranspiration
la pression et la tempeacuterature de lrsquoair atmospheacuterique La Figure 6 donne un exemple de
maillage adapteacute agrave T2Rn repreacutesentant un systegraveme plan sol-bacirctiment avec la preacutesence
drsquoune source de radon agrave une profondeur fixe du sol
Figure 6 Visualisation plane drsquoun maillage adapteacute agrave T2Rn avec des conditions aux limites renseigneacutees
Source de radon Sol Dalle Murs Inteacuterieur de lrsquohabitat Exteacuterieur de lrsquohabitat
212 DEVELOPPEMENTS
Le code TOUGH2EOS7Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacute par lrsquoIRSN en FORTRAN sur la base de la
plateforme TOUGH2 [8] La version ameacutelioreacutee T2Rn a eacuteteacute deacuteveloppeacutee en 2016 en
collaboration avec CRC-LLC (Canyon Ridge Consulting) et LBNL (Lawrence Berkeley National
Laboratory) sur la base de la plateforme iTOUGH2 elle permet de tenir compte de
lrsquoeacutevaporation de la transpiration de la plante et du ruissellement de surface
13 50
213 MODELES MATHEMATIQUES
Equations de transport du radon en milieu poreuxfractureacute bi-phasique
Les espegraveces mises en jeu dans le bilan de masse sont repreacutesenteacutees par lrsquoexposant i = Rn air
eau qui deacutesigne respectivement le radon 222 lrsquoair en tant que meacutelange homogegravene de
drsquoazote (N2) et drsquooxygegravene (O2) et la moleacutecule drsquoeau H2O Elles peuvent ecirctre preacutesentes dans
chacune des phases liquide et gazeuse deacutesigneacutee par α = l g
Bilan de masse
ݐන ܯ
= න Γ
+ න ݍ
(Eq 1)
V Volume de controcircle eacuteleacutementaire (m3)
Г Surface du volume de controcircle eacuteleacutementaire V (m2)
n Vecteur normal sortant de la surface Г ( - )
ܯ Masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3)
Flux de masse de lrsquoespegravece i (kg m-2 s-1)
ݍ Terme source ou puits de masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3 s-1)
Masse des espegraveces i
ܯ = ఈߩఈఈ
ఈ
+ ௗߩ ߩ ܭ
(Eq 2)
φ Porositeacute ( - )
ఈ Saturation de la phase α ( - )
ఈ Fraction massique de lrsquoespegravece i dans la phase α ( - )
ܭ Coefficient drsquoadsorption de lrsquoespegravece i agrave lrsquointerface solidegaz (m3 kg)
Termes source et puits du radon
൞
ோ = ோݑ ܧ minus ோߣ ܯோ
ோݑ = ௦ܥோߩௗ
ோܯ
(Eq 3)
E Facteur drsquoeacutemanation ( - )
14 50
௦ܥோ Activiteacute massique du radium 226 dans la phase solide du solde la roche (Bqkg-1)
௦ߩ Masse volumique segraveche des particules solides du sol de la roche (kgm3)
ௗߩ Masse volumique segraveche du solde la roche (kgm3) avec ௗߩ = ( 1 minus ௦ߩ(
ோܯ Masse molaire moleacuteculaire du radon eacutegale agrave 0222 kg mol
Nombre drsquoAvogadro eacutegale agrave 60221023 atomesmol
ோߣ Constante de deacutesinteacutegration du radon (s-1) eacutegale agrave ln(2) ଵଶோ = 2110-1 s-1
ଵଶோ Temps de demi-vie du radon (s) eacutegale agrave 382 jours
Facteur drsquoeacutemanation
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele de Nielson et al (1982) deacutependant de la
saturation de la phase liquide
ܧ = )ܧ ) =
⎩⎪⎨
⎪௪ܧ⎧
lowast+ ܧ ൬1 minus
lowast൰ si lt lowast
௪ܧ sinon
(Eq 4)
௪ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat satureacute du sol ( - )
ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat sec du sol ( - )
Coefficient drsquoadsorption
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele empirique de Roger et Nielson (1991)
[10] deacutependant de la saturation de la phase liquide
ܭ ோ = ܭ
ோ exp(minus ) (Eq 5)
ܭ ோ Coefficient drsquoadsorption agrave lrsquoeacutetat sec de lrsquoespegravece i (m3kg)
Coefficient de correacutelation ( - )
Flux de masse
= ఈ ఈఈߩ
ఈ
minus ఈߩ ഥఈ સఈ
ఈ
(Eq 6)
ఈ Vitesse de Darcy intrinsegraveque agrave la phase α (m2 s)
ഥఈ Tenseur de dispersion (m2 s)
Le premier terme repreacutesente le flux de masse par convection et le second le flux diffusif
15 50
Vitesse de Darcy
ఈ = minus ఈ
ఈߤ(સ ఈ minus (ఈߩ (Eq 7)
ఈ Pression de la phase α (Pa)
Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque (m2)
ఈ Permeacuteabiliteacute drsquoun sol non-satureacute relative agrave la phase α (-)
g Acceacuteleacuteration de la pesanteur (ms2)
Loi de Henry
A tempeacuterature constante la quantiteacute de gaz dissout en phase aqueuse est proportionnelle agrave
la pression partielle qursquoexerce ce gaz sur le liquide Drsquoougrave
= ுܭ
(Eq 8)
ுܭ Constante drsquo Henry (Pa)
Fraction molaire de lrsquoespegravece i dans la phase liquide ( - )
Tenseur de dispersion
ഥఈ = ఈ ఈ
ത (Eq 9)
ఈ Tortuositeacute de la phase α (-)
ఈ Coefficient de diffusion moleacuteculaire de lrsquoespegravece i dans la phase α (m2 s)
Tortuositeacute
La tortuositeacute est estimeacutee3 agrave lrsquoaide du modegravele de Millington et Quirk (1961)
ఈ = ( ఈ)ଷ ଶ (Eq 10)
Ces eacutequations sont reacutesolues agrave partir des proprieacuteteacutes hydrodynamiques et thermodynamiques
des solsroches telles que la pression de vapeur ௩௨ la pression capillaire des solsroches
Pc(Sl) et la permeacuteabiliteacute relative aux diffeacuterentes phases ఈ(Sl) (cf Saacircdi et al (2014) [8] )
3 Il existe drsquoautres choix de modegraveles possibles (cf Saacircdi et al(2014) pour plus de deacutetails [8] )
16 50
Lrsquoinitialisation des profils de saturation en eau et de la pression du gaz du sol peut ecirctre
deacuteduite de la connaissance du niveau de la nappe ou par des mesures in-situ si elles sont
disponibles La concentration en radon dans la phase gaz est deacuteduite par le calcul de
lrsquoactiviteacute volumique du radon atteinte agrave lrsquoeacutequilibre en conditions stationnaires de
lrsquoeacutecoulement bi-phasique eau-air
Le systegraveme lineacuteaire drsquoeacutequations est obtenu par une discreacutetisation spatiale en volumes finis
du domaine drsquoeacutecoulement et une discreacutetisation temporelle par un scheacutema de type Euler
implicite Les variables de sortie sont les suivantes la pression de la phase gaz le degreacute de
saturation en gaz la pression partielle du radon et la tempeacuterature
Calcul du flux de radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
Deux approches sont possibles pour deacuteterminer le calcul du flux de radon agrave travers les dalles
et les murs drsquoune fondation Pour prendre en compte les fissures dans la dalle etou les
murs on peut utiliser soit une approche DCM (Discrete Crack Model) qui permet de
modeacuteliser explicitement les fissures dans le maillage ou une approche ECM (Equivalent
Continuum Model) consideacuterant les proprieacuteteacutes homogegravenes eacutequivalentes des dalles etou
murs fissureacutes
22 MA MODELES ANALYTIQUES ET SEMI-EMPIRIQUSE DE TRANSFERT DE
POLLUANTS GAZEUX SOL-BATIMENT
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) du CSTB dont les eacuteleacutements descriptifs sont issus de la
thegravese de Diallo (2013) [11] Ces modegraveles nrsquoont pas eacuteteacute utiliseacutes dans le cadre de ce travail de
stage Ils ont eacuteteacute utiliseacutes par le CSTB dans le cadre du benchmark Les reacutesultats qui en sont
issus seront discuteacutes dans les chapitres 3 en comparaison avec ceux obtenus avec T2Rn
221 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Les modegraveles analytiques fournissent les deacutebits drsquoair agrave lrsquointerface dalle-habitat obtenus par la
convection agrave travers le sol pour diffeacuterents types de soubassement dallage indeacutependant
dalle porteacutee vide sanitaire
17 50
A partir du deacutebit drsquoair estimeacute les modegraveles semi-empiriques deacutetermine le flux drsquoentreacutee de
polluants dans un bacirctiment en tenant en compte du transfert coupleacute par convection et
diffusion Ils sont baseacutes sur une eacutetude numeacuterique qui a permis une meilleure compreacutehension
du comportement des polluants agrave lrsquointerface solbacirctiment
222 DEVELOPPEMENTS
Les modegraveles analytiques et semi-empiriques deacuteveloppeacutes lors de preacuteceacutedents travaux de
recherche par Diallo en 2013 [11] Les diffeacuterents modegraveles deacuteveloppeacutes ont eacuteteacute valideacutes
numeacuteriquement avec un modegravele CFD (Computational Fluid Dynamics) et expeacuterimentalement
avec des donneacutees issues de la litteacuterature
223 MODELES MATHEMATIQUES
Modegraveles de quantification de deacutebit drsquoair sol-bacirctiment
Les deacutebits entrant dans les bacirctiments sont exprimeacutes par une loi (analogue agrave celle de Darcy)
donnant une relation lineacuteaire entre le deacutebit et la pression
q = Rm-1 dP (Eq 11)
q est le deacutebit entrant dans le bacirctiment par uniteacute de longueur drsquoune faccedilade (m3s-1m-1) dP
est la diffeacuterence de pression motrice entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur du bacirctiment (Pa) et Rm
est la reacutesistance totale des diffeacuterents milieux traverseacutes par lrsquoair (Pasm-2) est deacutetermineacutee
par lrsquoassociation de plusieurs reacutesistances eacuteleacutementaires qui repreacutesentent plusieurs eacutevolutions
de lignes de courant dans les diffeacuterents milieux sol dalle fissure (voir Figure 7)
Figure 7 Configurations typiques de lignes de courant dans le sol [11]
18 50
Le cas 1 correspond agrave des lignes de courant droites le cas 2 agrave des lignes de courants
circulaires le cas 3 agrave des lignes de courants atteignant un quart de cylindre et le cas 4 des
lignes de courants atteignant un demi-cylindre Les reacutesistances eacuteleacutementaires agrave leacutecoulement
agrave travers les diffeacuterents types de milieux sont donneacutees par
μ est la viscositeacute dynamique du fluide (Pas) ܪ la profondeur du cylindre (m) ܦ la
profondeur du cylindre (m) ݎ le rayon du cylindre (m) et k la permeacuteabiliteacute du milieu
traverseacute (msup2)
Le deacutebit drsquoair total peacuteneacutetrant un bacirctiment par lrsquointerface sol-bacirctiment est obtenu en
inteacutegrant la reacutesistance eacutequivalente correspondant agrave la typologie de soubassement eacutetudieacutee
Dans le cas drsquoun dallage porteacute le reacuteseau de reacutesistance est le suivant (Figure 8)
Figure 8 Typologie dalle porteacutee et reacuteseau de reacutesistances eacutequivalent [11]
Le deacutebit total drsquoair traversant le sol et la dalle porteacutee par uniteacute de longueur srsquoexprime
(Eq 12)
Les reacutesistances eacuteleacutementaires en jeu veacuterifient rmf1 = rcas1 rsmf = rcas4 rmf2 = rcas1 et rdalle = rcas1
leurs expressions eacutetant adapteacutees aux paramegravetres de leurs milieux respectifs
Le deacutebit total drsquoair entrant dans le bacirctiment par la dalle porteacutee est obtenu par inteacutegration du
deacutebit eacuteleacutementaires dqDP entre 2et ܮ) + ) 2 ce qui donne finalement
19 50
Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
13 50
213 MODELES MATHEMATIQUES
Equations de transport du radon en milieu poreuxfractureacute bi-phasique
Les espegraveces mises en jeu dans le bilan de masse sont repreacutesenteacutees par lrsquoexposant i = Rn air
eau qui deacutesigne respectivement le radon 222 lrsquoair en tant que meacutelange homogegravene de
drsquoazote (N2) et drsquooxygegravene (O2) et la moleacutecule drsquoeau H2O Elles peuvent ecirctre preacutesentes dans
chacune des phases liquide et gazeuse deacutesigneacutee par α = l g
Bilan de masse
ݐන ܯ
= න Γ
+ න ݍ
(Eq 1)
V Volume de controcircle eacuteleacutementaire (m3)
Г Surface du volume de controcircle eacuteleacutementaire V (m2)
n Vecteur normal sortant de la surface Г ( - )
ܯ Masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3)
Flux de masse de lrsquoespegravece i (kg m-2 s-1)
ݍ Terme source ou puits de masse de lrsquoespegravece i par uniteacute de volume (kg m-3 s-1)
Masse des espegraveces i
ܯ = ఈߩఈఈ
ఈ
+ ௗߩ ߩ ܭ
(Eq 2)
φ Porositeacute ( - )
ఈ Saturation de la phase α ( - )
ఈ Fraction massique de lrsquoespegravece i dans la phase α ( - )
ܭ Coefficient drsquoadsorption de lrsquoespegravece i agrave lrsquointerface solidegaz (m3 kg)
Termes source et puits du radon
൞
ோ = ோݑ ܧ minus ோߣ ܯோ
ோݑ = ௦ܥோߩௗ
ோܯ
(Eq 3)
E Facteur drsquoeacutemanation ( - )
14 50
௦ܥோ Activiteacute massique du radium 226 dans la phase solide du solde la roche (Bqkg-1)
௦ߩ Masse volumique segraveche des particules solides du sol de la roche (kgm3)
ௗߩ Masse volumique segraveche du solde la roche (kgm3) avec ௗߩ = ( 1 minus ௦ߩ(
ோܯ Masse molaire moleacuteculaire du radon eacutegale agrave 0222 kg mol
Nombre drsquoAvogadro eacutegale agrave 60221023 atomesmol
ோߣ Constante de deacutesinteacutegration du radon (s-1) eacutegale agrave ln(2) ଵଶோ = 2110-1 s-1
ଵଶோ Temps de demi-vie du radon (s) eacutegale agrave 382 jours
Facteur drsquoeacutemanation
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele de Nielson et al (1982) deacutependant de la
saturation de la phase liquide
ܧ = )ܧ ) =
⎩⎪⎨
⎪௪ܧ⎧
lowast+ ܧ ൬1 minus
lowast൰ si lt lowast
௪ܧ sinon
(Eq 4)
௪ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat satureacute du sol ( - )
ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat sec du sol ( - )
Coefficient drsquoadsorption
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele empirique de Roger et Nielson (1991)
[10] deacutependant de la saturation de la phase liquide
ܭ ோ = ܭ
ோ exp(minus ) (Eq 5)
ܭ ோ Coefficient drsquoadsorption agrave lrsquoeacutetat sec de lrsquoespegravece i (m3kg)
Coefficient de correacutelation ( - )
Flux de masse
= ఈ ఈఈߩ
ఈ
minus ఈߩ ഥఈ સఈ
ఈ
(Eq 6)
ఈ Vitesse de Darcy intrinsegraveque agrave la phase α (m2 s)
ഥఈ Tenseur de dispersion (m2 s)
Le premier terme repreacutesente le flux de masse par convection et le second le flux diffusif
15 50
Vitesse de Darcy
ఈ = minus ఈ
ఈߤ(સ ఈ minus (ఈߩ (Eq 7)
ఈ Pression de la phase α (Pa)
Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque (m2)
ఈ Permeacuteabiliteacute drsquoun sol non-satureacute relative agrave la phase α (-)
g Acceacuteleacuteration de la pesanteur (ms2)
Loi de Henry
A tempeacuterature constante la quantiteacute de gaz dissout en phase aqueuse est proportionnelle agrave
la pression partielle qursquoexerce ce gaz sur le liquide Drsquoougrave
= ுܭ
(Eq 8)
ுܭ Constante drsquo Henry (Pa)
Fraction molaire de lrsquoespegravece i dans la phase liquide ( - )
Tenseur de dispersion
ഥఈ = ఈ ఈ
ത (Eq 9)
ఈ Tortuositeacute de la phase α (-)
ఈ Coefficient de diffusion moleacuteculaire de lrsquoespegravece i dans la phase α (m2 s)
Tortuositeacute
La tortuositeacute est estimeacutee3 agrave lrsquoaide du modegravele de Millington et Quirk (1961)
ఈ = ( ఈ)ଷ ଶ (Eq 10)
Ces eacutequations sont reacutesolues agrave partir des proprieacuteteacutes hydrodynamiques et thermodynamiques
des solsroches telles que la pression de vapeur ௩௨ la pression capillaire des solsroches
Pc(Sl) et la permeacuteabiliteacute relative aux diffeacuterentes phases ఈ(Sl) (cf Saacircdi et al (2014) [8] )
3 Il existe drsquoautres choix de modegraveles possibles (cf Saacircdi et al(2014) pour plus de deacutetails [8] )
16 50
Lrsquoinitialisation des profils de saturation en eau et de la pression du gaz du sol peut ecirctre
deacuteduite de la connaissance du niveau de la nappe ou par des mesures in-situ si elles sont
disponibles La concentration en radon dans la phase gaz est deacuteduite par le calcul de
lrsquoactiviteacute volumique du radon atteinte agrave lrsquoeacutequilibre en conditions stationnaires de
lrsquoeacutecoulement bi-phasique eau-air
Le systegraveme lineacuteaire drsquoeacutequations est obtenu par une discreacutetisation spatiale en volumes finis
du domaine drsquoeacutecoulement et une discreacutetisation temporelle par un scheacutema de type Euler
implicite Les variables de sortie sont les suivantes la pression de la phase gaz le degreacute de
saturation en gaz la pression partielle du radon et la tempeacuterature
Calcul du flux de radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
Deux approches sont possibles pour deacuteterminer le calcul du flux de radon agrave travers les dalles
et les murs drsquoune fondation Pour prendre en compte les fissures dans la dalle etou les
murs on peut utiliser soit une approche DCM (Discrete Crack Model) qui permet de
modeacuteliser explicitement les fissures dans le maillage ou une approche ECM (Equivalent
Continuum Model) consideacuterant les proprieacuteteacutes homogegravenes eacutequivalentes des dalles etou
murs fissureacutes
22 MA MODELES ANALYTIQUES ET SEMI-EMPIRIQUSE DE TRANSFERT DE
POLLUANTS GAZEUX SOL-BATIMENT
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) du CSTB dont les eacuteleacutements descriptifs sont issus de la
thegravese de Diallo (2013) [11] Ces modegraveles nrsquoont pas eacuteteacute utiliseacutes dans le cadre de ce travail de
stage Ils ont eacuteteacute utiliseacutes par le CSTB dans le cadre du benchmark Les reacutesultats qui en sont
issus seront discuteacutes dans les chapitres 3 en comparaison avec ceux obtenus avec T2Rn
221 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Les modegraveles analytiques fournissent les deacutebits drsquoair agrave lrsquointerface dalle-habitat obtenus par la
convection agrave travers le sol pour diffeacuterents types de soubassement dallage indeacutependant
dalle porteacutee vide sanitaire
17 50
A partir du deacutebit drsquoair estimeacute les modegraveles semi-empiriques deacutetermine le flux drsquoentreacutee de
polluants dans un bacirctiment en tenant en compte du transfert coupleacute par convection et
diffusion Ils sont baseacutes sur une eacutetude numeacuterique qui a permis une meilleure compreacutehension
du comportement des polluants agrave lrsquointerface solbacirctiment
222 DEVELOPPEMENTS
Les modegraveles analytiques et semi-empiriques deacuteveloppeacutes lors de preacuteceacutedents travaux de
recherche par Diallo en 2013 [11] Les diffeacuterents modegraveles deacuteveloppeacutes ont eacuteteacute valideacutes
numeacuteriquement avec un modegravele CFD (Computational Fluid Dynamics) et expeacuterimentalement
avec des donneacutees issues de la litteacuterature
223 MODELES MATHEMATIQUES
Modegraveles de quantification de deacutebit drsquoair sol-bacirctiment
Les deacutebits entrant dans les bacirctiments sont exprimeacutes par une loi (analogue agrave celle de Darcy)
donnant une relation lineacuteaire entre le deacutebit et la pression
q = Rm-1 dP (Eq 11)
q est le deacutebit entrant dans le bacirctiment par uniteacute de longueur drsquoune faccedilade (m3s-1m-1) dP
est la diffeacuterence de pression motrice entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur du bacirctiment (Pa) et Rm
est la reacutesistance totale des diffeacuterents milieux traverseacutes par lrsquoair (Pasm-2) est deacutetermineacutee
par lrsquoassociation de plusieurs reacutesistances eacuteleacutementaires qui repreacutesentent plusieurs eacutevolutions
de lignes de courant dans les diffeacuterents milieux sol dalle fissure (voir Figure 7)
Figure 7 Configurations typiques de lignes de courant dans le sol [11]
18 50
Le cas 1 correspond agrave des lignes de courant droites le cas 2 agrave des lignes de courants
circulaires le cas 3 agrave des lignes de courants atteignant un quart de cylindre et le cas 4 des
lignes de courants atteignant un demi-cylindre Les reacutesistances eacuteleacutementaires agrave leacutecoulement
agrave travers les diffeacuterents types de milieux sont donneacutees par
μ est la viscositeacute dynamique du fluide (Pas) ܪ la profondeur du cylindre (m) ܦ la
profondeur du cylindre (m) ݎ le rayon du cylindre (m) et k la permeacuteabiliteacute du milieu
traverseacute (msup2)
Le deacutebit drsquoair total peacuteneacutetrant un bacirctiment par lrsquointerface sol-bacirctiment est obtenu en
inteacutegrant la reacutesistance eacutequivalente correspondant agrave la typologie de soubassement eacutetudieacutee
Dans le cas drsquoun dallage porteacute le reacuteseau de reacutesistance est le suivant (Figure 8)
Figure 8 Typologie dalle porteacutee et reacuteseau de reacutesistances eacutequivalent [11]
Le deacutebit total drsquoair traversant le sol et la dalle porteacutee par uniteacute de longueur srsquoexprime
(Eq 12)
Les reacutesistances eacuteleacutementaires en jeu veacuterifient rmf1 = rcas1 rsmf = rcas4 rmf2 = rcas1 et rdalle = rcas1
leurs expressions eacutetant adapteacutees aux paramegravetres de leurs milieux respectifs
Le deacutebit total drsquoair entrant dans le bacirctiment par la dalle porteacutee est obtenu par inteacutegration du
deacutebit eacuteleacutementaires dqDP entre 2et ܮ) + ) 2 ce qui donne finalement
19 50
Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
14 50
௦ܥோ Activiteacute massique du radium 226 dans la phase solide du solde la roche (Bqkg-1)
௦ߩ Masse volumique segraveche des particules solides du sol de la roche (kgm3)
ௗߩ Masse volumique segraveche du solde la roche (kgm3) avec ௗߩ = ( 1 minus ௦ߩ(
ோܯ Masse molaire moleacuteculaire du radon eacutegale agrave 0222 kg mol
Nombre drsquoAvogadro eacutegale agrave 60221023 atomesmol
ோߣ Constante de deacutesinteacutegration du radon (s-1) eacutegale agrave ln(2) ଵଶோ = 2110-1 s-1
ଵଶோ Temps de demi-vie du radon (s) eacutegale agrave 382 jours
Facteur drsquoeacutemanation
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele de Nielson et al (1982) deacutependant de la
saturation de la phase liquide
ܧ = )ܧ ) =
⎩⎪⎨
⎪௪ܧ⎧
lowast+ ܧ ൬1 minus
lowast൰ si lt lowast
௪ܧ sinon
(Eq 4)
௪ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat satureacute du sol ( - )
ܧ Coefficient drsquoeacutemanation agrave lrsquoeacutetat sec du sol ( - )
Coefficient drsquoadsorption
Il peut ecirctre consideacutereacute constant ou selon le modegravele empirique de Roger et Nielson (1991)
[10] deacutependant de la saturation de la phase liquide
ܭ ோ = ܭ
ோ exp(minus ) (Eq 5)
ܭ ோ Coefficient drsquoadsorption agrave lrsquoeacutetat sec de lrsquoespegravece i (m3kg)
Coefficient de correacutelation ( - )
Flux de masse
= ఈ ఈఈߩ
ఈ
minus ఈߩ ഥఈ સఈ
ఈ
(Eq 6)
ఈ Vitesse de Darcy intrinsegraveque agrave la phase α (m2 s)
ഥఈ Tenseur de dispersion (m2 s)
Le premier terme repreacutesente le flux de masse par convection et le second le flux diffusif
15 50
Vitesse de Darcy
ఈ = minus ఈ
ఈߤ(સ ఈ minus (ఈߩ (Eq 7)
ఈ Pression de la phase α (Pa)
Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque (m2)
ఈ Permeacuteabiliteacute drsquoun sol non-satureacute relative agrave la phase α (-)
g Acceacuteleacuteration de la pesanteur (ms2)
Loi de Henry
A tempeacuterature constante la quantiteacute de gaz dissout en phase aqueuse est proportionnelle agrave
la pression partielle qursquoexerce ce gaz sur le liquide Drsquoougrave
= ுܭ
(Eq 8)
ுܭ Constante drsquo Henry (Pa)
Fraction molaire de lrsquoespegravece i dans la phase liquide ( - )
Tenseur de dispersion
ഥఈ = ఈ ఈ
ത (Eq 9)
ఈ Tortuositeacute de la phase α (-)
ఈ Coefficient de diffusion moleacuteculaire de lrsquoespegravece i dans la phase α (m2 s)
Tortuositeacute
La tortuositeacute est estimeacutee3 agrave lrsquoaide du modegravele de Millington et Quirk (1961)
ఈ = ( ఈ)ଷ ଶ (Eq 10)
Ces eacutequations sont reacutesolues agrave partir des proprieacuteteacutes hydrodynamiques et thermodynamiques
des solsroches telles que la pression de vapeur ௩௨ la pression capillaire des solsroches
Pc(Sl) et la permeacuteabiliteacute relative aux diffeacuterentes phases ఈ(Sl) (cf Saacircdi et al (2014) [8] )
3 Il existe drsquoautres choix de modegraveles possibles (cf Saacircdi et al(2014) pour plus de deacutetails [8] )
16 50
Lrsquoinitialisation des profils de saturation en eau et de la pression du gaz du sol peut ecirctre
deacuteduite de la connaissance du niveau de la nappe ou par des mesures in-situ si elles sont
disponibles La concentration en radon dans la phase gaz est deacuteduite par le calcul de
lrsquoactiviteacute volumique du radon atteinte agrave lrsquoeacutequilibre en conditions stationnaires de
lrsquoeacutecoulement bi-phasique eau-air
Le systegraveme lineacuteaire drsquoeacutequations est obtenu par une discreacutetisation spatiale en volumes finis
du domaine drsquoeacutecoulement et une discreacutetisation temporelle par un scheacutema de type Euler
implicite Les variables de sortie sont les suivantes la pression de la phase gaz le degreacute de
saturation en gaz la pression partielle du radon et la tempeacuterature
Calcul du flux de radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
Deux approches sont possibles pour deacuteterminer le calcul du flux de radon agrave travers les dalles
et les murs drsquoune fondation Pour prendre en compte les fissures dans la dalle etou les
murs on peut utiliser soit une approche DCM (Discrete Crack Model) qui permet de
modeacuteliser explicitement les fissures dans le maillage ou une approche ECM (Equivalent
Continuum Model) consideacuterant les proprieacuteteacutes homogegravenes eacutequivalentes des dalles etou
murs fissureacutes
22 MA MODELES ANALYTIQUES ET SEMI-EMPIRIQUSE DE TRANSFERT DE
POLLUANTS GAZEUX SOL-BATIMENT
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) du CSTB dont les eacuteleacutements descriptifs sont issus de la
thegravese de Diallo (2013) [11] Ces modegraveles nrsquoont pas eacuteteacute utiliseacutes dans le cadre de ce travail de
stage Ils ont eacuteteacute utiliseacutes par le CSTB dans le cadre du benchmark Les reacutesultats qui en sont
issus seront discuteacutes dans les chapitres 3 en comparaison avec ceux obtenus avec T2Rn
221 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Les modegraveles analytiques fournissent les deacutebits drsquoair agrave lrsquointerface dalle-habitat obtenus par la
convection agrave travers le sol pour diffeacuterents types de soubassement dallage indeacutependant
dalle porteacutee vide sanitaire
17 50
A partir du deacutebit drsquoair estimeacute les modegraveles semi-empiriques deacutetermine le flux drsquoentreacutee de
polluants dans un bacirctiment en tenant en compte du transfert coupleacute par convection et
diffusion Ils sont baseacutes sur une eacutetude numeacuterique qui a permis une meilleure compreacutehension
du comportement des polluants agrave lrsquointerface solbacirctiment
222 DEVELOPPEMENTS
Les modegraveles analytiques et semi-empiriques deacuteveloppeacutes lors de preacuteceacutedents travaux de
recherche par Diallo en 2013 [11] Les diffeacuterents modegraveles deacuteveloppeacutes ont eacuteteacute valideacutes
numeacuteriquement avec un modegravele CFD (Computational Fluid Dynamics) et expeacuterimentalement
avec des donneacutees issues de la litteacuterature
223 MODELES MATHEMATIQUES
Modegraveles de quantification de deacutebit drsquoair sol-bacirctiment
Les deacutebits entrant dans les bacirctiments sont exprimeacutes par une loi (analogue agrave celle de Darcy)
donnant une relation lineacuteaire entre le deacutebit et la pression
q = Rm-1 dP (Eq 11)
q est le deacutebit entrant dans le bacirctiment par uniteacute de longueur drsquoune faccedilade (m3s-1m-1) dP
est la diffeacuterence de pression motrice entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur du bacirctiment (Pa) et Rm
est la reacutesistance totale des diffeacuterents milieux traverseacutes par lrsquoair (Pasm-2) est deacutetermineacutee
par lrsquoassociation de plusieurs reacutesistances eacuteleacutementaires qui repreacutesentent plusieurs eacutevolutions
de lignes de courant dans les diffeacuterents milieux sol dalle fissure (voir Figure 7)
Figure 7 Configurations typiques de lignes de courant dans le sol [11]
18 50
Le cas 1 correspond agrave des lignes de courant droites le cas 2 agrave des lignes de courants
circulaires le cas 3 agrave des lignes de courants atteignant un quart de cylindre et le cas 4 des
lignes de courants atteignant un demi-cylindre Les reacutesistances eacuteleacutementaires agrave leacutecoulement
agrave travers les diffeacuterents types de milieux sont donneacutees par
μ est la viscositeacute dynamique du fluide (Pas) ܪ la profondeur du cylindre (m) ܦ la
profondeur du cylindre (m) ݎ le rayon du cylindre (m) et k la permeacuteabiliteacute du milieu
traverseacute (msup2)
Le deacutebit drsquoair total peacuteneacutetrant un bacirctiment par lrsquointerface sol-bacirctiment est obtenu en
inteacutegrant la reacutesistance eacutequivalente correspondant agrave la typologie de soubassement eacutetudieacutee
Dans le cas drsquoun dallage porteacute le reacuteseau de reacutesistance est le suivant (Figure 8)
Figure 8 Typologie dalle porteacutee et reacuteseau de reacutesistances eacutequivalent [11]
Le deacutebit total drsquoair traversant le sol et la dalle porteacutee par uniteacute de longueur srsquoexprime
(Eq 12)
Les reacutesistances eacuteleacutementaires en jeu veacuterifient rmf1 = rcas1 rsmf = rcas4 rmf2 = rcas1 et rdalle = rcas1
leurs expressions eacutetant adapteacutees aux paramegravetres de leurs milieux respectifs
Le deacutebit total drsquoair entrant dans le bacirctiment par la dalle porteacutee est obtenu par inteacutegration du
deacutebit eacuteleacutementaires dqDP entre 2et ܮ) + ) 2 ce qui donne finalement
19 50
Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
15 50
Vitesse de Darcy
ఈ = minus ఈ
ఈߤ(સ ఈ minus (ఈߩ (Eq 7)
ఈ Pression de la phase α (Pa)
Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque (m2)
ఈ Permeacuteabiliteacute drsquoun sol non-satureacute relative agrave la phase α (-)
g Acceacuteleacuteration de la pesanteur (ms2)
Loi de Henry
A tempeacuterature constante la quantiteacute de gaz dissout en phase aqueuse est proportionnelle agrave
la pression partielle qursquoexerce ce gaz sur le liquide Drsquoougrave
= ுܭ
(Eq 8)
ுܭ Constante drsquo Henry (Pa)
Fraction molaire de lrsquoespegravece i dans la phase liquide ( - )
Tenseur de dispersion
ഥఈ = ఈ ఈ
ത (Eq 9)
ఈ Tortuositeacute de la phase α (-)
ఈ Coefficient de diffusion moleacuteculaire de lrsquoespegravece i dans la phase α (m2 s)
Tortuositeacute
La tortuositeacute est estimeacutee3 agrave lrsquoaide du modegravele de Millington et Quirk (1961)
ఈ = ( ఈ)ଷ ଶ (Eq 10)
Ces eacutequations sont reacutesolues agrave partir des proprieacuteteacutes hydrodynamiques et thermodynamiques
des solsroches telles que la pression de vapeur ௩௨ la pression capillaire des solsroches
Pc(Sl) et la permeacuteabiliteacute relative aux diffeacuterentes phases ఈ(Sl) (cf Saacircdi et al (2014) [8] )
3 Il existe drsquoautres choix de modegraveles possibles (cf Saacircdi et al(2014) pour plus de deacutetails [8] )
16 50
Lrsquoinitialisation des profils de saturation en eau et de la pression du gaz du sol peut ecirctre
deacuteduite de la connaissance du niveau de la nappe ou par des mesures in-situ si elles sont
disponibles La concentration en radon dans la phase gaz est deacuteduite par le calcul de
lrsquoactiviteacute volumique du radon atteinte agrave lrsquoeacutequilibre en conditions stationnaires de
lrsquoeacutecoulement bi-phasique eau-air
Le systegraveme lineacuteaire drsquoeacutequations est obtenu par une discreacutetisation spatiale en volumes finis
du domaine drsquoeacutecoulement et une discreacutetisation temporelle par un scheacutema de type Euler
implicite Les variables de sortie sont les suivantes la pression de la phase gaz le degreacute de
saturation en gaz la pression partielle du radon et la tempeacuterature
Calcul du flux de radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
Deux approches sont possibles pour deacuteterminer le calcul du flux de radon agrave travers les dalles
et les murs drsquoune fondation Pour prendre en compte les fissures dans la dalle etou les
murs on peut utiliser soit une approche DCM (Discrete Crack Model) qui permet de
modeacuteliser explicitement les fissures dans le maillage ou une approche ECM (Equivalent
Continuum Model) consideacuterant les proprieacuteteacutes homogegravenes eacutequivalentes des dalles etou
murs fissureacutes
22 MA MODELES ANALYTIQUES ET SEMI-EMPIRIQUSE DE TRANSFERT DE
POLLUANTS GAZEUX SOL-BATIMENT
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) du CSTB dont les eacuteleacutements descriptifs sont issus de la
thegravese de Diallo (2013) [11] Ces modegraveles nrsquoont pas eacuteteacute utiliseacutes dans le cadre de ce travail de
stage Ils ont eacuteteacute utiliseacutes par le CSTB dans le cadre du benchmark Les reacutesultats qui en sont
issus seront discuteacutes dans les chapitres 3 en comparaison avec ceux obtenus avec T2Rn
221 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Les modegraveles analytiques fournissent les deacutebits drsquoair agrave lrsquointerface dalle-habitat obtenus par la
convection agrave travers le sol pour diffeacuterents types de soubassement dallage indeacutependant
dalle porteacutee vide sanitaire
17 50
A partir du deacutebit drsquoair estimeacute les modegraveles semi-empiriques deacutetermine le flux drsquoentreacutee de
polluants dans un bacirctiment en tenant en compte du transfert coupleacute par convection et
diffusion Ils sont baseacutes sur une eacutetude numeacuterique qui a permis une meilleure compreacutehension
du comportement des polluants agrave lrsquointerface solbacirctiment
222 DEVELOPPEMENTS
Les modegraveles analytiques et semi-empiriques deacuteveloppeacutes lors de preacuteceacutedents travaux de
recherche par Diallo en 2013 [11] Les diffeacuterents modegraveles deacuteveloppeacutes ont eacuteteacute valideacutes
numeacuteriquement avec un modegravele CFD (Computational Fluid Dynamics) et expeacuterimentalement
avec des donneacutees issues de la litteacuterature
223 MODELES MATHEMATIQUES
Modegraveles de quantification de deacutebit drsquoair sol-bacirctiment
Les deacutebits entrant dans les bacirctiments sont exprimeacutes par une loi (analogue agrave celle de Darcy)
donnant une relation lineacuteaire entre le deacutebit et la pression
q = Rm-1 dP (Eq 11)
q est le deacutebit entrant dans le bacirctiment par uniteacute de longueur drsquoune faccedilade (m3s-1m-1) dP
est la diffeacuterence de pression motrice entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur du bacirctiment (Pa) et Rm
est la reacutesistance totale des diffeacuterents milieux traverseacutes par lrsquoair (Pasm-2) est deacutetermineacutee
par lrsquoassociation de plusieurs reacutesistances eacuteleacutementaires qui repreacutesentent plusieurs eacutevolutions
de lignes de courant dans les diffeacuterents milieux sol dalle fissure (voir Figure 7)
Figure 7 Configurations typiques de lignes de courant dans le sol [11]
18 50
Le cas 1 correspond agrave des lignes de courant droites le cas 2 agrave des lignes de courants
circulaires le cas 3 agrave des lignes de courants atteignant un quart de cylindre et le cas 4 des
lignes de courants atteignant un demi-cylindre Les reacutesistances eacuteleacutementaires agrave leacutecoulement
agrave travers les diffeacuterents types de milieux sont donneacutees par
μ est la viscositeacute dynamique du fluide (Pas) ܪ la profondeur du cylindre (m) ܦ la
profondeur du cylindre (m) ݎ le rayon du cylindre (m) et k la permeacuteabiliteacute du milieu
traverseacute (msup2)
Le deacutebit drsquoair total peacuteneacutetrant un bacirctiment par lrsquointerface sol-bacirctiment est obtenu en
inteacutegrant la reacutesistance eacutequivalente correspondant agrave la typologie de soubassement eacutetudieacutee
Dans le cas drsquoun dallage porteacute le reacuteseau de reacutesistance est le suivant (Figure 8)
Figure 8 Typologie dalle porteacutee et reacuteseau de reacutesistances eacutequivalent [11]
Le deacutebit total drsquoair traversant le sol et la dalle porteacutee par uniteacute de longueur srsquoexprime
(Eq 12)
Les reacutesistances eacuteleacutementaires en jeu veacuterifient rmf1 = rcas1 rsmf = rcas4 rmf2 = rcas1 et rdalle = rcas1
leurs expressions eacutetant adapteacutees aux paramegravetres de leurs milieux respectifs
Le deacutebit total drsquoair entrant dans le bacirctiment par la dalle porteacutee est obtenu par inteacutegration du
deacutebit eacuteleacutementaires dqDP entre 2et ܮ) + ) 2 ce qui donne finalement
19 50
Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
16 50
Lrsquoinitialisation des profils de saturation en eau et de la pression du gaz du sol peut ecirctre
deacuteduite de la connaissance du niveau de la nappe ou par des mesures in-situ si elles sont
disponibles La concentration en radon dans la phase gaz est deacuteduite par le calcul de
lrsquoactiviteacute volumique du radon atteinte agrave lrsquoeacutequilibre en conditions stationnaires de
lrsquoeacutecoulement bi-phasique eau-air
Le systegraveme lineacuteaire drsquoeacutequations est obtenu par une discreacutetisation spatiale en volumes finis
du domaine drsquoeacutecoulement et une discreacutetisation temporelle par un scheacutema de type Euler
implicite Les variables de sortie sont les suivantes la pression de la phase gaz le degreacute de
saturation en gaz la pression partielle du radon et la tempeacuterature
Calcul du flux de radon agrave lrsquointerface solbacirctiment
Deux approches sont possibles pour deacuteterminer le calcul du flux de radon agrave travers les dalles
et les murs drsquoune fondation Pour prendre en compte les fissures dans la dalle etou les
murs on peut utiliser soit une approche DCM (Discrete Crack Model) qui permet de
modeacuteliser explicitement les fissures dans le maillage ou une approche ECM (Equivalent
Continuum Model) consideacuterant les proprieacuteteacutes homogegravenes eacutequivalentes des dalles etou
murs fissureacutes
22 MA MODELES ANALYTIQUES ET SEMI-EMPIRIQUSE DE TRANSFERT DE
POLLUANTS GAZEUX SOL-BATIMENT
La sous-section qui suit preacutesente les principes et champs drsquoapplication des modegraveles
analytiques et semi-empiriques (MA) du CSTB dont les eacuteleacutements descriptifs sont issus de la
thegravese de Diallo (2013) [11] Ces modegraveles nrsquoont pas eacuteteacute utiliseacutes dans le cadre de ce travail de
stage Ils ont eacuteteacute utiliseacutes par le CSTB dans le cadre du benchmark Les reacutesultats qui en sont
issus seront discuteacutes dans les chapitres 3 en comparaison avec ceux obtenus avec T2Rn
221 PRINCIPES ET CHAMPS DrsquoAPPLICATION
Les modegraveles analytiques fournissent les deacutebits drsquoair agrave lrsquointerface dalle-habitat obtenus par la
convection agrave travers le sol pour diffeacuterents types de soubassement dallage indeacutependant
dalle porteacutee vide sanitaire
17 50
A partir du deacutebit drsquoair estimeacute les modegraveles semi-empiriques deacutetermine le flux drsquoentreacutee de
polluants dans un bacirctiment en tenant en compte du transfert coupleacute par convection et
diffusion Ils sont baseacutes sur une eacutetude numeacuterique qui a permis une meilleure compreacutehension
du comportement des polluants agrave lrsquointerface solbacirctiment
222 DEVELOPPEMENTS
Les modegraveles analytiques et semi-empiriques deacuteveloppeacutes lors de preacuteceacutedents travaux de
recherche par Diallo en 2013 [11] Les diffeacuterents modegraveles deacuteveloppeacutes ont eacuteteacute valideacutes
numeacuteriquement avec un modegravele CFD (Computational Fluid Dynamics) et expeacuterimentalement
avec des donneacutees issues de la litteacuterature
223 MODELES MATHEMATIQUES
Modegraveles de quantification de deacutebit drsquoair sol-bacirctiment
Les deacutebits entrant dans les bacirctiments sont exprimeacutes par une loi (analogue agrave celle de Darcy)
donnant une relation lineacuteaire entre le deacutebit et la pression
q = Rm-1 dP (Eq 11)
q est le deacutebit entrant dans le bacirctiment par uniteacute de longueur drsquoune faccedilade (m3s-1m-1) dP
est la diffeacuterence de pression motrice entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur du bacirctiment (Pa) et Rm
est la reacutesistance totale des diffeacuterents milieux traverseacutes par lrsquoair (Pasm-2) est deacutetermineacutee
par lrsquoassociation de plusieurs reacutesistances eacuteleacutementaires qui repreacutesentent plusieurs eacutevolutions
de lignes de courant dans les diffeacuterents milieux sol dalle fissure (voir Figure 7)
Figure 7 Configurations typiques de lignes de courant dans le sol [11]
18 50
Le cas 1 correspond agrave des lignes de courant droites le cas 2 agrave des lignes de courants
circulaires le cas 3 agrave des lignes de courants atteignant un quart de cylindre et le cas 4 des
lignes de courants atteignant un demi-cylindre Les reacutesistances eacuteleacutementaires agrave leacutecoulement
agrave travers les diffeacuterents types de milieux sont donneacutees par
μ est la viscositeacute dynamique du fluide (Pas) ܪ la profondeur du cylindre (m) ܦ la
profondeur du cylindre (m) ݎ le rayon du cylindre (m) et k la permeacuteabiliteacute du milieu
traverseacute (msup2)
Le deacutebit drsquoair total peacuteneacutetrant un bacirctiment par lrsquointerface sol-bacirctiment est obtenu en
inteacutegrant la reacutesistance eacutequivalente correspondant agrave la typologie de soubassement eacutetudieacutee
Dans le cas drsquoun dallage porteacute le reacuteseau de reacutesistance est le suivant (Figure 8)
Figure 8 Typologie dalle porteacutee et reacuteseau de reacutesistances eacutequivalent [11]
Le deacutebit total drsquoair traversant le sol et la dalle porteacutee par uniteacute de longueur srsquoexprime
(Eq 12)
Les reacutesistances eacuteleacutementaires en jeu veacuterifient rmf1 = rcas1 rsmf = rcas4 rmf2 = rcas1 et rdalle = rcas1
leurs expressions eacutetant adapteacutees aux paramegravetres de leurs milieux respectifs
Le deacutebit total drsquoair entrant dans le bacirctiment par la dalle porteacutee est obtenu par inteacutegration du
deacutebit eacuteleacutementaires dqDP entre 2et ܮ) + ) 2 ce qui donne finalement
19 50
Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
17 50
A partir du deacutebit drsquoair estimeacute les modegraveles semi-empiriques deacutetermine le flux drsquoentreacutee de
polluants dans un bacirctiment en tenant en compte du transfert coupleacute par convection et
diffusion Ils sont baseacutes sur une eacutetude numeacuterique qui a permis une meilleure compreacutehension
du comportement des polluants agrave lrsquointerface solbacirctiment
222 DEVELOPPEMENTS
Les modegraveles analytiques et semi-empiriques deacuteveloppeacutes lors de preacuteceacutedents travaux de
recherche par Diallo en 2013 [11] Les diffeacuterents modegraveles deacuteveloppeacutes ont eacuteteacute valideacutes
numeacuteriquement avec un modegravele CFD (Computational Fluid Dynamics) et expeacuterimentalement
avec des donneacutees issues de la litteacuterature
223 MODELES MATHEMATIQUES
Modegraveles de quantification de deacutebit drsquoair sol-bacirctiment
Les deacutebits entrant dans les bacirctiments sont exprimeacutes par une loi (analogue agrave celle de Darcy)
donnant une relation lineacuteaire entre le deacutebit et la pression
q = Rm-1 dP (Eq 11)
q est le deacutebit entrant dans le bacirctiment par uniteacute de longueur drsquoune faccedilade (m3s-1m-1) dP
est la diffeacuterence de pression motrice entre lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur du bacirctiment (Pa) et Rm
est la reacutesistance totale des diffeacuterents milieux traverseacutes par lrsquoair (Pasm-2) est deacutetermineacutee
par lrsquoassociation de plusieurs reacutesistances eacuteleacutementaires qui repreacutesentent plusieurs eacutevolutions
de lignes de courant dans les diffeacuterents milieux sol dalle fissure (voir Figure 7)
Figure 7 Configurations typiques de lignes de courant dans le sol [11]
18 50
Le cas 1 correspond agrave des lignes de courant droites le cas 2 agrave des lignes de courants
circulaires le cas 3 agrave des lignes de courants atteignant un quart de cylindre et le cas 4 des
lignes de courants atteignant un demi-cylindre Les reacutesistances eacuteleacutementaires agrave leacutecoulement
agrave travers les diffeacuterents types de milieux sont donneacutees par
μ est la viscositeacute dynamique du fluide (Pas) ܪ la profondeur du cylindre (m) ܦ la
profondeur du cylindre (m) ݎ le rayon du cylindre (m) et k la permeacuteabiliteacute du milieu
traverseacute (msup2)
Le deacutebit drsquoair total peacuteneacutetrant un bacirctiment par lrsquointerface sol-bacirctiment est obtenu en
inteacutegrant la reacutesistance eacutequivalente correspondant agrave la typologie de soubassement eacutetudieacutee
Dans le cas drsquoun dallage porteacute le reacuteseau de reacutesistance est le suivant (Figure 8)
Figure 8 Typologie dalle porteacutee et reacuteseau de reacutesistances eacutequivalent [11]
Le deacutebit total drsquoair traversant le sol et la dalle porteacutee par uniteacute de longueur srsquoexprime
(Eq 12)
Les reacutesistances eacuteleacutementaires en jeu veacuterifient rmf1 = rcas1 rsmf = rcas4 rmf2 = rcas1 et rdalle = rcas1
leurs expressions eacutetant adapteacutees aux paramegravetres de leurs milieux respectifs
Le deacutebit total drsquoair entrant dans le bacirctiment par la dalle porteacutee est obtenu par inteacutegration du
deacutebit eacuteleacutementaires dqDP entre 2et ܮ) + ) 2 ce qui donne finalement
19 50
Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
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geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
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du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
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experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
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materials Health Physics 60(6) 807ndash815
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Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
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RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
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1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
18 50
Le cas 1 correspond agrave des lignes de courant droites le cas 2 agrave des lignes de courants
circulaires le cas 3 agrave des lignes de courants atteignant un quart de cylindre et le cas 4 des
lignes de courants atteignant un demi-cylindre Les reacutesistances eacuteleacutementaires agrave leacutecoulement
agrave travers les diffeacuterents types de milieux sont donneacutees par
μ est la viscositeacute dynamique du fluide (Pas) ܪ la profondeur du cylindre (m) ܦ la
profondeur du cylindre (m) ݎ le rayon du cylindre (m) et k la permeacuteabiliteacute du milieu
traverseacute (msup2)
Le deacutebit drsquoair total peacuteneacutetrant un bacirctiment par lrsquointerface sol-bacirctiment est obtenu en
inteacutegrant la reacutesistance eacutequivalente correspondant agrave la typologie de soubassement eacutetudieacutee
Dans le cas drsquoun dallage porteacute le reacuteseau de reacutesistance est le suivant (Figure 8)
Figure 8 Typologie dalle porteacutee et reacuteseau de reacutesistances eacutequivalent [11]
Le deacutebit total drsquoair traversant le sol et la dalle porteacutee par uniteacute de longueur srsquoexprime
(Eq 12)
Les reacutesistances eacuteleacutementaires en jeu veacuterifient rmf1 = rcas1 rsmf = rcas4 rmf2 = rcas1 et rdalle = rcas1
leurs expressions eacutetant adapteacutees aux paramegravetres de leurs milieux respectifs
Le deacutebit total drsquoair entrant dans le bacirctiment par la dalle porteacutee est obtenu par inteacutegration du
deacutebit eacuteleacutementaires dqDP entre 2et ܮ) + ) 2 ce qui donne finalement
19 50
Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
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[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
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[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
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[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
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[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
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[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
19 50
Modegraveles de transfert de polluants gazeux sol-bacirctiment
Les modegraveles semi-empiriques sont deacuteveloppeacutes selon les trois eacutetapes successives suivantes
et les relations reporteacutees dans la Tableau 3
1) Le nombre de Peacuteclet massique global Pedp est deacutefini comme le rapport entre la reacutesistance
agrave la diffusion total des milieux traverseacutes par le polluant et la reacutesistance agrave la convection du
polluant Ce nombre de Peacuteclet est global parce qursquoil tient compte des gradients de
concentration dans tout le domaine drsquoeacutetude
2) Traceacute et recherche drsquoune correacutelation de lrsquoeacutevolution de la concentration inteacuterieure
numeacuterique Cdp en fonction du nombre de Peacuteclet massique global agrave lrsquoaide du logiciel
Tablecurve2Dreg Des eacutetudes de sensibiliteacute numeacuteriques sont meneacutees pour veacuterifier si la
correacutelation trouveacutee est valide en fonction de diffeacuterents paramegravetres drsquoinfluence Si crsquoest le
cas le paramegravetre drsquoinfluence est adimensionneacute La variation des reacutesistances du sol et de
dalle est prise en compte par lrsquointroduction du nombre de Biot massique Bidp La variation
du taux de ventilation du bacirctiment par lrsquointroduction du rapport QrefQbacirct
3) Estimation du flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment dpܬ (kgs-1) de la loi
semi-empirique donnant la concentration inteacuterieure est deacuteduit Pour le modegravele dalle porteacutee
(avec ou sans lit de gravier) les eacutequations sont preacutesenteacutees ci-apregraves
1) Nombre de Peacuteclet massique global edalle eacutepaisseur de la dalle porteacutee (m)
Ldalle longueur de la dalle porteacutee (m)
Adp surface de la dalle porteacutee (msup2)
Ddalle coefficient de diffusion de la dalle (msup2s)
Dsol coefficient de diffusion du sol (msup2s)
H profondeur de la source de polluant (m)
Qbacirct deacutebit de ventilation drsquoair du bacirctiment (m3s)
Ddalleref reacutefeacuterence de Ddalle (msup2s)
Qref reacutefeacuterence de Qbacirct (m3s)
Cs concentration de polluant agrave la source (kgm3)
2) Traceacute et Recherche drsquoune correacutelation empirique de Cdp
avec prise en du nombre de Biot massique
3) Flux massique de polluant entrant dans le bacirctiment
Soit
Paramegravetre adimensionnels
Tableau 3 Synthegravese des modegraveles deacuteveloppeacutes pour une dalle porteacutee [11]
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
20 50
23 DIFFERENCES CONCEPTUELLES ENTRE LES MODELES T2RN ET MA
Les diffeacuterences conceptuelles entre T2Rn et MA sont reacutesumeacutees dans le tableau ci-dessous
T2Rn MA
VA
RIA
TIO
ND
ELA
MA
SSE
DE
RA
DO
N
Principe
- Bilan de masse de radon ۻ ܖ
d
dtන M୬
dV =න۴୬ܖdΓ
+ න q୬
dV
- Flux de masse de radon FRn
- Termes sources et puits de radon qRn
- Correacutelation semi-empirique entreconcentration en radon Cdp
et nombres adimensionnels Pedp et Bidp
C୮ = Clowast ቈA + B expቆminus05൬ln൬Pe୮
C൰D൰
ଶ
ቇ
- A B C et D sont des fonctions de Bidp
- C est une constante
Echelle - Volume eacuteleacutementaire repreacutesentatif (VER) - Epaisseur totale drsquoun milieu poreux
Emanation
- Facteur drsquoeacutemanation E ( - )
- Activiteacute massique du radium 226 dans laphase solide du solde la roche Cୱୟ (Bqkg-1)
Non modeacuteliseacutee
Deacutesinteacutegrationradioactive
- Constante de deacutesinteacutegration du radon
λ = ln(2) τଵଶ୬ = 2110-1 s-1
- Temps de demi-vie du radon (s)
τଵଶ୬ = 382 jours
Non modeacuteliseacutee
TRA
NSP
OR
TB
IPH
ASI
QU
ED
UR
AD
ON
Ecoulement
- Ecoulement mono- et bi-phasique
(liquide gaz)
- Vitesse de Darcy de la phase α (m2 s)
ܝ = minusk
μસP
- Pression de la phase α P (Pa)
- Permeacuteabiliteacute intrinsegraveque k (m2)
- Ecoulement monophasique gaz
- Analogieextension de la loi de Darcy
ܙ ܕ=
- Deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment par
uniteacute de faccedilade dq (m3s-1m-1)
- Reacutesistance totale agrave lrsquoeacutecoulement des
diffeacuterents milieux traverseacutes Rm (Pasm-2)
- dP diffeacuterence de pression motrice entre
lrsquointeacuterieur et lrsquoexteacuterieur (Pa)
Convectionet Diffusion
- Flux convectif du radon
ܞܖܗ۴ܖ = હ
ܖ ૉહܝહહ
- Flux diffusif du radon
۴ ܖ = ρ(ϕ ττ d
୬۷)સX୧
- Porositeacute du milieu ϕ ( - )
- Tortuositeacute ττ ( - )
- Coefficient de diffusion du radon dans la
phase α d୬ (msup2s)
- Nombre de Peacuteclet global
Pe୮ =Q୮
A୮
൬eୟ୪୪Dୟ୪୪
+H
Dୱ୭୪
൰
- Coefficient de diffusion dans la dalle
Dୟ୪୪ (m2s)
- Coefficient de diffusion dans le sol
Dୱ୭୪(m2s)
- Deacutebit drsquoair total entrant dans le bacirctiment
Qdp (m3s)
INFL
UEN
CE
DU
BAcirc
TIM
ENT Deacutepression
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
- Diffeacuterence de pression dP = Patm ndash Pbacirct (Pa)
- Pression atmospheacuterique (Pa)
- Pression inteacuterieur du bacirctiment (Pa)
Ventilationinteacuterieure
Non modeacuteliseacutee
- Deacutebit de renouvellement drsquoair du
bacirctiment Qbacirct (m3s)
- Volume du bacirctiment Vbacirct (m3)
- Taux de renouvellement drsquoair de
reacutefeacuterence du bacirctiment Rbacirct = 05 h-1
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
21 50
3 BENCHMARK THEORIQUE BATIMENT AVEC DALLE PORTEE SUR TERRE-PLEIN
Le benchmark theacuteorique constitue le premier cadre de modeacutelisation commun entre lrsquoIRSN et
le CSTB Il permet une premiegravere comparaison qualitative et quantitative des reacuteponses de
T2Rn et MA pour une configuration simple Cette derniegravere est contrainte par les conditions
drsquoutilisation de chaque modegravele
Dans un premier temps les hypothegraveses de modeacutelisation sont formuleacutees la geacuteomeacutetrie du
systegraveme retenu est deacutefinie et les paramegravetres de mise en donneacutee sont fixeacutes Dans un second
temps les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn et MA sont confronteacutes et discuteacutes
31 DEFINITION DU BENCHMARK
311 HYPOTHESES DE MODELISATION ET GEOMETRIE DU SYSTEME
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau De plus le degreacute de
saturation en eau est supposeacute nul lrsquoeacutecoulement modeacuteliseacute est monophasique en gaz
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire Cette hypothegravese
est contrainte par MA (cf sect223)
La couche de sol modeacuteliseacutee ainsi que la dalle ont des proprieacuteteacutes poromeacutecaniques
homogegravenes et isotropes Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
La modeacutelisation du systegraveme sol-bacirctiment est bidimensionnelle (2D) suivant le plan de
la Figure 9 la geacuteomeacutetrie repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein
Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223) Les dimensions des diffeacuterents
eacuteleacutements du systegraveme sont reporteacutees dans la Tableau 4
Lrsquoadsorption et lrsquoeacutemanation du radon ne sont pas modeacuteliseacutees La source de radon est
simuleacutee par lrsquoapplication drsquoune activiteacute volumique constante du radon agrave une profondeur
fixe du sol elle est situeacutee en dehors de la zone convective agrave une profondeur de H=Lx2
sous le mur de fondation (Figure 9) Cette hypothegravese est contrainte par MA (cf sect223)
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
22 50
Figure 9 Configuration geacuteomeacutetrique du benchmark theacuteorique
Lx Longueur de la dalle 10 m
Hml Hauteur du mur de fondation 05 m
E Epaisseurs des murs (Em) et dalle (Ed) 02 m
Hsol Epaisseur totale du sol 55 m
Tableau 4 Paramegravetres geacuteomeacutetriques du systegraveme sol-bacirctiment pour le benchmark theacuteorique
312 PARAMETRES FIXES ET VARIABLES
Les paramegravetres physiques du radon sont fixes et deacutefinis conformeacutement agrave la litteacuterature [3]
[10] ils sont reporteacutes dans le Tableau 5
Des tests de sensibiliteacute sont reacutealiseacutes sur certains paramegravetres speacutecifiques au sol et au
bacirctiment en vue drsquoanalyser les reacuteponses respectives des modegraveles T2Rn et MA Les
paramegravetres de sensibiliteacute retenus sont la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la permeacuteabiliteacute de la
dalle (kdalle) et la deacutepression au sol (dP)
Faire varier ksol implique de faire varier la porositeacute du sol (wsol) et donc eacutegalement le
coefficient de diffusion du radon dans le sol ܔܗܛ۲)(ܖ Les correspondances pour ces trois
paramegravetres sont obtenues agrave lrsquoaide de la relation (Eq 10) et sont speacutecifieacutees dans le Tableau 6
La porositeacute de la dalle (wdalle) est en revanche maintenue fixe pour les diffeacuterentes valeurs de
kdalle testeacutees (voir Tableau 7)
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
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50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
23 50
Les autres paramegravetres fixes neacutecessaires agrave lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA et
speacutecifiques au sol et au bacirctiment sont reporteacutes respectivement dans le Tableau 6 et
le Tableau 7
Les tableaux ci-dessus mentionneacutes preacutecisent aussi lrsquoimplication respectives des paramegravetres
deacutefinis dans les mises en donneacutee de T2Rn et MA
Proprieacuteteacutes du radon uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
μ Viscositeacute dynamique de la phase gaz 1810-5
Pas non oui
Masse volumique de la phase gaz 12 kgm3 non oui
ܖ Coefficient de diffusion du radon dans la phase gaz 1110
-5msup2s oui non
ૌܖ Temps de demi-vie 3310
5s oui non
۹۶ Inverse de la constante de Henry 16510
-9Pa oui non
( modegravele thermodynamique inteacutegreacute)
Tableau 5 Paramegravetres physiques du radon
Sol uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
ksol Permeacuteabiliteacute du sol 10-14
10-12
10-10
msup2 oui oui
sol Porositeacute 0603 0500 0396 - oui non
Dୱ୭୪୬ Coefficient de diffusion du radon 5610
-64410
-63210
-6msup2s non oui
CRn Activiteacute volumique de la source
de radon dans lrsquoair du sol4210
6Bqm
-3 oui oui
Tableau 6 Paramegravetres du sol
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
kdalle Permeacuteabiliteacute de la dalle 10-15
10-13
10-11
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 52410-3
- oui non
Dୟ୪୪୬ Coefficient de diffusion du radon
dans la dalle10
-8msup2s non oui
RbatTaux de renouvellement drsquoairdans le bacirctiment
05 h-1 non oui
Patm Pression atmospheacuterique 10-5
Pa oui oui
dP Deacutepression au sol 5 10 20 50 Pa oui oui
Tableau 7 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
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[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
24 50
32 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Les reacutesultats des modegraveles T2Rn et MA sont preacutesenteacutes sur la base de tests de sensibiliteacute agrave ksol
kdalle et dP Les variables de sortie observeacutees sont le deacutebit drsquoair entrant dans le bacirctiment
estimeacute agrave lrsquointerface dallebacirctiment noteacute Qdalle (m3s) et le flux drsquoexhalation du radon agrave
lrsquointerface dallebacirctiment noteacute FRn (mBqm-sup2s-1)
Les reacuteponses obtenues avec T2Rn et MA sont confronteacutees et discuteacutees drsquoun point de vu
pheacutenomeacutenologique drsquoune part et quantitatif drsquoautre part
321 PHENOMENOLOGIE DES MODELES
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute du sol (Ksol)
kdalle = 10-15
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 1 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
kdalle = 10-13
msup2 dP = -5 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute du sol (msup2)
(b)
Graphe 2 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute du sol ndash T2Rn MA
52E-08
13E-07 14E-0762E-08
27E-07 28E-07
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
1E-14 1E-12 1E-10
2696
2509
2257
2750 2710 2660
20
22
24
26
28
30
1E-14 1E-12 1E-10
11E-07
49E-0613E-05
90E-08
62E-06
27E-05
0E+00
1E-05
2E-05
3E-05
1E-14 1E-12 1E-10
271
405
701
275 281
577
20
40
60
80
1E-14 1E-12 1E-10
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
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[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
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du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
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[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
25 50
Pour tout kdalle dP fixe les reacutesultats des calculs T2Rn et MA indiquent que Qdalle augmente
avec ksol (Graphe 2a et Graphe 1a) cette tendance est bien conforme agrave la loi de Darcy dont
deacutepend Qdalle (cf Eq 6) Neacuteanmoins pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2)
et ksol ge 10-12 msup2 Qdalle est peu sensible agrave ksol (Graphe 2a) cela srsquoobserve pour les deux
modegraveles et traduit une convection dans le sol peu influente sur les deacutebits drsquoair Qdalle
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle faible (kdalle = 10-15 msup2) FRn diminue avec ksol (Graphe 1b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par diffusion puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne la diminution de wsol et donc celle du coefficient de diffusion
du radon dans le sol Dୱ୭୪୬ (cf correspondances dans Tableau 6) Cette interpreacutetation est par
ailleurs coheacuterente avec la faible sensibiliteacute de Qdalle observeacutee ci-dessus pour ksol ge 10-12 msup2
Pour une permeacuteabiliteacute de dalle forte (kdalle = 10-13 msup2) FRn augmente avec ksol (Graphe 2b)
cela traduit une preacutedominance du transport du radon dans le sol par convection puisque
lrsquoaugmentation de ksol entraicircne lrsquoaugmentation de la vitesse de Darcy dans le sol (cf Eq 6)
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
ksol = 10-12
msup2 dP = -50 Pa
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 3 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle ndash T2Rn MA
Pour tout couple de paramegravetres fixes ksol dP testeacutes les reacutesultats des calculs T2Rn et MA
montrent que Qdalle et FRn augmentent avec kdalle
Le Graphe 3 preacutesente les tendances observeacutees pour ksol = 10-12 msup2 dP = -50 Pa
Lrsquoaugmentation de kdalle induit une vitesse de Darcy plus forte dans la dalle et par
conseacutequent des valeurs de FRn plus importantes La porositeacute de la dalle eacutetant invariable les
13E-06
49E-05
11E-04
27E-06
62E-05
90E-05
0E+00
5E-05
1E-04
2E-04
1E-15 1E-13 1E-11
2868
27222
45437
2720
14500 21600
0
100
200
300
400
500
1E-15 1E-13 1E-11
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
26 50
reacutesultats de sensibiliteacute agrave kdalle semblent coheacuterents drsquoun point de vue pheacutenomeacutenologique
pour les modegraveles T2Rn et MA
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol (dP)
ksol = 10-12
msup2 kdalle = 10-13
msup2
Qdalle (m3s) FRn (mBqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 4 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn MA
ksol = 10-10
msup2 kdalle = 10-11
msup2
Qdalle (m3s) FRn (Bqmsup2s)
Deacutepression au sol (msup2)
(a)
Deacutepression au sol (msup2)
(b)
Graphe 5 Sensibiliteacute des modegraveles agrave la deacutepression au sol ndash T2Rn CSTB
Les reacutesultats des tests reacutealiseacutes avec T2Rn et MA montrent que Qdalle et FRn augmentent la
deacutepression au sol (dP) pour la plupart des tests reacutealiseacutes le Graphe 4 preacutesente cette
tendance pour le couple de paramegravetres fixes ksol = 10-12 msup2 kdalle= 10-13 msup2
Un cas particulier est neacuteanmoins identifieacute pour le modegravele MA montrant une diminution de
FRn avec lrsquoaugmentation de dP Cette tendance est observeacutee pour un sol et une dalle de tregraves
fortes permeacuteabiliteacutes soit le couple de paramegravetres fixes ksol= 10-10 msup2 kdalle= 10-11 msup2
(Graphe 5b) Lrsquoaugmentation de la deacutepression au sol induit une vitesse de Darcy plus forte
49E-06
98E-0620E-05
49E-05
62E-0612E-05
25E-05
62E-05
0E+00
2E-05
4E-05
6E-05
8E-05
-60-50-40-30-20-100
405599
1059
2722
281329529
1450
0
100
200
300
-60-50-40-30-20-100
49E-04
98E-0420E-03
49E-03
62E-0412E-03
25E-03
62E-03
0E+00
2E-03
4E-03
6E-03
8E-03
-60-50-40-30-20-100
54147
3741134
05 0503 01
0
1
10
100
1 000
-60-50-40-30-20-100
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
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du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
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[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
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[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
27 50
et par conseacutequent devrait donner lieu agrave des valeurs de FRn plus importantes Ainsi les
reacutesultats de sensibiliteacute au paramegravetre dP issus du modegravele MA ne semblent pas coheacuterents drsquoun
point de vue pheacutenomeacutenologique pour un sol et une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes
322 REPONSES QUANTITATIVES DES MODELES
Pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes T2Rn et MA preacutesentent des deacutebits drsquoair entrant dans le
bacirctiment (Qdalle) du mecircme ordre de grandeur Neacuteanmoins les deacutebits calculeacutes avec T2Rn sont
geacuteneacuteralement infeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur compris entre 12 et 2 les
eacutecarts les plus importants srsquoobservent pour les paramegravetres fixeacutes agrave kdalle=10-15 msup2 dP= -5Pa
ksol=10-12msup2 et kdalle=10-15 msup2dP=-5Paksol=10-10msup2 (Graphe 1a) kdalle10-13 msup2 dP=-5 Pa
ksol=10-10 msup2 (Graphe 2a) et ksol = 10-12 msup2 dP=-50 Pa kdalle=10-15 msup2 (Graphe 3a)
Des eacutecarts plus importants apparaissent pour les flux drsquoexhalation du radon (FRn) Les flux
estimeacutes par T2Rn sont geacuteneacuteralement supeacuterieurs agrave ceux calculeacutes par MA drsquoun facteur le plus
souvent compris entre 11 et 20 (Graphe 1a agrave Graphe 4a) Des eacutecarts particuliegraverement
importants sont identifieacutes sur les tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol dP pour un sol et
une dalle de tregraves fortes permeacuteabiliteacutes (Graphe 5b) pour ce test les eacutecarts entre T2Rn et MA
preacutesentent un facteur croissant compris entre 11 et 1123
Des eacutechanges entre lrsquoIRSN et le CSTB sont en cours pour identifier preacuteciseacutement les raisons de
ces eacutecarts Neacuteanmoins les informations contenues dans les descriptifs de T2Rn (sect21) et de
MA (sect22) permettent drsquoeacutemettre etou drsquoeacutecarter certaines hypothegraveses
La deacutesinteacutegration radioactive du radon est simuleacutee dans T2Rn et non dans MA La prise
en compte de la deacutesinteacutegration entraicircne une diminution de la masse de radon
transporteacutee De ce fait il est attendu que les flux drsquoexhalation du radon (FRn) estimeacutes par
T2Rn soient plus faibles que ceux estimeacutes par MA Or le contraire est souvent observeacute
(Graphe 2b Graphe 3b Graphe 4b et Graphe 5b) Il est donc peu probable que la non
prise en compte de la deacutesinteacutegration du radon dans MA puisse expliquer les eacutecarts
ci-dessus observeacutes entre T2Rn et MA
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
28 50
Le deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) est pris en compte dans MA et non
dans T2Rn Qbacirct correspond agrave lrsquoeacutecoulement drsquoair engendreacute par la preacutesence de systegravemes
de ventilation dans lrsquohabitat et se distingue du deacutebit drsquoair Qdalle entrant par la dalle Qbacirct
intervient dans lrsquoestimation de FRn comme facteur multiplicatif de la concentration
inteacuterieure en radon (Cdp) Cdp est par ailleurs correacuteleacute agrave Qdalle - via le nombre de Peacuteclet
global- et eacutegalement agrave Qbacirct - via le nombre de Biot massique - (cf descriptif de MA
sect223) Qbacirct = 3510-2 m3s pour lrsquoensemble des tests reacutealiseacutes avec MA il est de 1 agrave 5
ordres de grandeur supeacuterieur agrave Qdalle Une dilution trop importante de la quantiteacute de
radon exhaleacute peut ecirctre due agrave une contribution trop importante de Qbacirct et donc induire
une sous-estimation de FRn par MA La pertinence de faire contribuer lrsquoeacutecoulement
drsquoorigine laquo atmospheacuterique raquo (Qbacirct) dans lrsquoestimation de FRn - et pas seulement
lrsquoeacutecoulement en provenance du sol Qdalle - pourrait ecirctre davantage questionneacutee
4 BENCHMARK REALISTE MAISON INDIVIDUELLE EXPERTISEE
Pour la reacutealisation du second benchmark un cas drsquoeacutetude a eacuteteacute choisi parmi les habitations
expertiseacutees par lrsquoIRSN etou le CSTB Lrsquohabitation retenue est situeacutee dans le deacutepartement de
Maine-et-Loire (49) de la reacutegion des Pays de la Loire LrsquoIRSN a reacutealiseacute une expertise dans
cette maison au printemps 2016 afin drsquoidentifier les diffeacuterentes sources et voies drsquoentreacutee du
radon dans certaines piegraveces de vie [12] En outre le CSTB a reacutealiseacute un diagnostic technique
de cette mecircme maison en vue drsquoabaisser la concentration en radon dans lrsquoair inteacuterieur [7]
Ce benchmark est compleacutementaire au 1er cas theacuteorique exposeacute dans le chapitre 4 Il a pour
objectifs de
eacutevaluer les besoins en termes de connaissances sur le terrain neacutecessaires pour
lrsquoutilisation des modegraveles T2Rn et MA
speacutecifier les eacuteventuelles contraintes ou difficulteacutes drsquoapplication
preacutesenter un bilan des capaciteacutes de chaque code agrave approcher des situations reacuteelles et
agrave calculer le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
orienter sur le choix drsquoutilisation drsquoun code plutocirct qursquoun autre en fonction de leur
pertinence selon les objectifs drsquoutilisation viseacutes
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
29 50
Le choix de la maison individuelle du Maine-et-Loire est ducirc agrave lrsquoexistence de donneacutees de flux
drsquoexhalation de radon mesureacutes agrave lrsquointeacuterieur et agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation Aussi la
connaissance de la maison et de son sol sous-jacent et la proximiteacute de steacuteriles miniers sont
des critegraveres qui ont orienteacute ce choix Dans le cadre de ce benchmark reacutealiste les flux
drsquoexhalation mesureacutes constituent des donneacutees de reacutefeacuterence pour les reacutesultats des calculs
sous T2Rn et MA
Dans un premier temps une description de lrsquohabitation et un recensement des diffeacuterentes
mesures de terrain disponibles sont exposeacutees Dans un second temps les choix reacutealiseacutes pour
modeacuteliser le transport du radon dans le sol sous-jacent de la maison eacutetudieacutee sont expliciteacutes
Enfin les reacutesultats des simulations obtenus avec T2Rn sont preacutesenteacutes compareacutes aux flux
drsquoexhalations mesureacutes et discuteacutes
41 DESCRIPTION DE LrsquoHABITATION
Figure 10 Plan du rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation Les eacutetoiles indiquent la localisation des points de
mesure ponctuelle du flux surfacique drsquoexhalation du radon [12]
Preacutesence drsquoun
remblai
ATELIER
PIECE DE
STOCKAGE
ENTREEPIECE NON-
ACCESSIBLE
BUANDERIE
PETIT SALON
DEBARRAS
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
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characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
30 50
Lrsquohabitation occupe une superficie drsquoancrage au sol drsquoenviron 80 msup2 Le rez-de-chausseacutee se
compose drsquoune entreacutee drsquoun deacutebarras drsquoun petit salon drsquoune buanderie drsquoune piegravece non
accessible drsquoune piegravece de stockage et drsquoun atelier (Figure 10) La faccedilade sud du rez-de-
chausseacutee est situeacutee en contre terrier (un remblai jouxte le mur) Le sol est recouvert drsquoun
dallage beacuteton indeacutependant sur terre-plein excepteacute dans le petit salon le sol est en terre
battue et est recouvert drsquoun plancher en bois
42 INFORMATIONS ET DONNEES DE TERRAIN DISPONIBLES
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees par lrsquoIRSN [12] dans le but de caracteacuteriser la preacutesence de
radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation et les paramegravetres caracteacuterisant les proprieacuteteacutes des sols de
la parcelle habiteacutees en diffeacuterents points de mesures La Figure 11 preacutesente les points de
mesure P2 P3 P4 et P5 situeacutes agrave lrsquoexteacuterieur de la maison drsquoeacutetude (la parcelle de la proprieacuteteacute
a une superficie de 3 500 msup2 environ) Le point P2 a eacuteteacute choisi suffisamment eacuteloigneacute de toute
infrastructure4 pour mettre en eacutevidence la signature radiologique naturelle du terrain
drsquoassise de lrsquohabitation P2 est ainsi consideacutereacute comme le point de mesure repreacutesentatif de la
zone teacutemoin de lrsquoenvironnement drsquoeacutetude
Figure 11 Localisation des points de mesures agrave lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation [12]
4laquoInfrastructureraquo deacutesigne les bacirctiments ou habitations et le chemin drsquoaccegraves agrave la proprieacuteteacute identifieacutes comme ayant eacuteteacute remblayeacutes avec des
steacuteriles miniers [12]
Point de mesure
Limite de la proprieacuteteacute
P4 P3P2
P5
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
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50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
31 50
A lrsquoexteacuterieur de lrsquohabitation les mesures reacutealiseacutees sont les suivantes activiteacutes massiques du
radium-226 dans les sols et le remblai flux drsquoexhalation du radon agrave la surface des sols et
permeacuteabiliteacute des sols
A lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation les flux drsquoexhalation du radon ont eacuteteacute mesureacutes en deux points au
rez-de-chausseacutee dans le petit salon et agrave lrsquoentreacutee du deacutebarras (Figure 10) Lrsquoactiviteacute
volumique du radon a eacuteteacute mesureacutee dans le petit salon
Activiteacute massique du radium-226 dans les sols et le remblai
Localisation P2 P3 P4 P5
Profondeur (cm) 50 agrave 60 50 agrave 60 50 agrave 60 55 agrave 65 115 agrave 125 105 agrave 115 80 agrave 90
Activiteacute massique du226
Ra (Bqkg sec)170 23 56 14 76 13 71 13 57 13 43 12 57 12
Tableau 8 Reacutesultats des analyses par spectromeacutetrie des preacutelegravevements de sol [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon sur le terrain de la proprieacuteteacute
Localisation P2 P3 P4 P5
Flux drsquoexhalation du radon(mBqm
-2s
-1)
605106 758 139 1083 198 24655
Tableau 9 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon sur le terrain [12]
Permeacuteabiliteacute des sols
Localisation P3 P4 P5
Profondeur (cm) 70 60 80
Permeacuteabiliteacute (msup2) 54310-13
11410-11
15010-11
Incertitudes (msup2) 80510-14
28710-12
45810-12
Tableau 10 Reacutesultats des mesures de permeacuteabiliteacute effective du sol au gaz du terrain [12]
Flux surfacique drsquoexhalation du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Piegravece Deacutebarras Petit salon
Revecirctement du sol Dalle beacuteton Sol nu (gravier)
Flux drsquoexhalation du radon (mBqm-sup2s-1
) lt 206 646 191
Tableau 11 Reacutesultats des mesures ponctuelles du flux drsquoexhalation du radon dans lrsquohabitat [12]
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
32 50
Activiteacute volumique du radon agrave lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation
Des mesures ont eacuteteacute reacutealiseacutees pendant un mois agrave lrsquoaide de dosimegravetres passifs une activiteacute
de 2 381 Bqm-3 dans le petit salon au rez-de-chausseacutee [12]
43 HYPOTHESES DE MODELISATION ET PARAMETRES
Lrsquoutilisation des solutions numeacuteriques (T2Rn) et analytiques (MA) neacutecessite de formuler des
hypothegraveses visant agrave simplifier la geacuteomeacutetrie du systegraveme drsquoeacutetude sol-remblai-habitat
Lrsquoabsence de certaines donneacutees expeacuterimentales requises pour la reacutealisation des calculs
implique de deacuteterminer pour certains paramegravetres des gammes de valeurs ou ordres de
grandeur baseacutes sur la litteacuterature existante etou les connaissances du terrain Des tests de
sensibiliteacutes permettent de preacuteciser les valeurs de certains paramegravetres agrave retenir pour un
ajustement satisfaisant des modegraveles (cf sect 441 et sect442)
431 TRANSPORT DU RADON
Le transport du radon est modeacuteliseacute en zone non-satureacutee en eau Une nappe est preacutesente
agrave 28 megravetres de profondeur sur le terrain de la proprieacuteteacute [12] seule lrsquoeacutepaisseur de sol
sus-jacente agrave la nappe sera simuleacutee Lrsquoeacutepaisseur de sol non-satureacutee sous-jacente de
lrsquohabitation est arrondie agrave 3 megravetres
Le transport du radon est supposeacute avoir atteint le reacutegime stationnaire en tout point du
milieu simuleacute les diffeacuterentes variables en jeu sont indeacutependantes du temps
Les proprieacuteteacutes physiques renseigneacutes dans T2Rn et MA sont reporteacutees dans le Tableau 5
432 GEOMETRIE DU SYSTEME
La modeacutelisation vise agrave simuler le flux drsquoentreacutee du radon au rez-de-chausseacutee seul le
plancher du rez-de-chausseacutee est donc pris en compte dans la deacutefinition du systegraveme
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
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geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
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experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
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[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
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[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
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[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
33 50
Le rez-de-chausseacutee est repreacutesenteacute comme un unique espace clos de superficie
eacutequivalente agrave la somme des superficies de ses piegraveces constitutives La fraction de sol nu
du petit-salon est neacuteanmoins prise en compte elle repreacutesente 12 msup2 sur 92 msup2
drsquohabitation soit environ 13 de sol nu occupant le rez-de-chausseacutee Le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le deacutebarras (sur dalle) est consideacutereacute comme repreacutesentatif du
flux drsquoexhalation de toute la surface sur dalle du rez-de-chausseacutee De mecircme le flux
drsquoexhalation mesureacute dans le petit-salon est consideacutereacute comme repreacutesentatif du flux
drsquoexhalation de toute la surface sans dalle (sur sol nu) du rez-de-chausseacutee Pour les
calculs avec T2Rn la surface de sol nu est arrondie agrave 15
La modeacutelisation du systegraveme sol-remblai-habitat est bidimensionnelle (2D) suivant le
plan de la section dirigeacutee suivant lrsquoaxe Sud-Nord (Figure 12 et Figure 13)
Figure 12 Hypothegravese de configuration du systegraveme sol-habitat- remblai ndash Vue de dessus
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
34 50
Les dimensions preacutecises des structures eacuteleacutementaires de la maison (dalle murs) ne sont
pas disponibles Les eacutepaisseurs de dalle et murs retenues sont celles utiliseacutees pour le
benchmark theacuteorique (sect 311 Tableau 4) dont les valeurs sont repreacutesentatives drsquoune
construction classique Le rez-de-chausseacutee occupe une superficie drsquoenviron 92 msup2
arrondie agrave 100 msup2 (Figure 13 et Tableau 12)
La forme du remblai accoleacute agrave la faccedilade sud du rez-de-chausseacutee est simplifieacutee en un
volume de forme hexaeacutedrique Sa surface drsquooccupation au sol est supposeacutee repreacutesenter
la moitieacute de la surface drsquoancrage au sol de la maison (Figure 12 Figure 13 et Tableau 12)
Figure 13 Configuration geacuteomeacutetrique retenue pour le systegraveme sol -remblai-habitat ndash Vue faccedilade Est
Dimensions systegraveme uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
LSD Longueur de la zone sol inteacuterieure 15 m oui oui
LD Longueur de la dalle 85 m oui oui
LT Longueur du terrain exteacuterieur 10 m oui oui
LR Etendu du remblai 5 m oui non
hm Hauteur du mur de fondation 05 m oui oui
Em Epaisseur des murs et dalle 02 m oui oui
Hsol Epaisseur totale du sol 3 m oui oui
Tableau 12 Paramegravetres de dimensionnement du systegraveme
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
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[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
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characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
35 50
433 SOL
Le sol est modeacuteliseacute drsquoun point de vue peacutedologique dans la zone drsquoeacutetude Le sol et la roche
sous-jacents lrsquohabitation sont donc consideacutereacutes comme une superposition de trois couches
diffeacuterentes supposeacutees homogegravenes et isotropes Leur disposition de la plus profonde agrave la
plus superficielle est la suivante 15 megravetre de granite (granite agrave biotite de Montfaucon)
50 centimegravetres drsquoaregravene granitique et 1 megravetre de sol Les permeacuteabiliteacutes et activiteacutes
massiques du radium pour le premier megravetre de sol et de remblai sont les seules mesures
disponibles suite agrave lrsquoexpertise du terrain Dans la suite des ordres de grandeurs sont
attribueacutes agrave chaque paramegravetre inconnu
Les masses volumiques segraveches (d) du granite du sol et du remblai sont deacuteduites de la
relation deacutecrite dans (Eq 3) (cf sect213) On suppose que la masse volumique du grain
solide s est la mecircme pour les trois couches et le remblai soit s = 2650 kgm3 Les
valeurs de d deacuteduites de celles de ω sont rapporteacutees dans le Tableau 13
Les permeacuteabiliteacutes inconnues sont deacutetermineacutees agrave partir des gammes de valeurs
reacutefeacuterenceacutees dans lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p29) [13] La valeur minimale de la
gamme des roches meacutetamorphiques est retenue pour la couche de granite soit 10-17msup2
La valeur maximale de cette mecircme gamme est retenue pour lrsquoaregravene soit 10-11 msup2 La
permeacuteabiliteacute de la premiegravere couche de sol est la moyenne des permeacuteabiliteacutes mesureacutees
en P3 et P4 Celle du remblai est directement donneacutee par la mesure reacutealiseacutee au point P5
(Tableau 10)
Les porositeacutes sont deacutetermineacutees agrave lrsquoaide des gammes de valeur reacutefeacuterenceacutees dans
lrsquoouvrage de Ferry et Cherry (1979 p37) pour diffeacuterents types de roches et sols [13]
Pour le granite une porositeacute drsquointerstices (non de fissures) est consideacutereacutee elle est fixeacutee agrave
02 La couche drsquoaregravene sus-jacente au granite est consideacutereacutee plus poreuse que le granite
elle est fixeacutee agrave 05 La porositeacute du sol est fixeacutee agrave 04 Le remblai qui preacutesente une
granulomeacutetrie plus grossiegravere que celle du sol superficiel a une porositeacute fixeacutee agrave 02
Le degreacute de saturation en eau (Sl) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps
pour chacune des couches soit 30 pour le sol et le remblai 50 pour lrsquoaregravene et 70
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
36 50
pour la couche de granite pour entrer en coheacuterence avec la preacutesence de la nappe agrave 3
megravetres de profondeur
Le coefficient de diffusion du radon (ܖ۲) agrave travers une formation poreuse veacuterifie la
relation deacutefinie par (Eq 9)
Lrsquoactiviteacute massique en radium-226 du sol superficiel et du remblai est obtenue par la
moyenne des activiteacutes massiques mesureacutees aux points P3 et P4 soit 70 Bqkg (Tableau
8) Celle retenue pour le granite et lrsquoaregravene est estimeacutee agrave partir de la cartographie des
teneurs en uranium des formations geacuteologiques de France reacutealiseacutees par lrsquoIRSN soit 200
Bqkg [4]
Le coefficient drsquoadsorption (Kd) est consideacutereacute neacutegligeable devant les pheacutenomegravenes
convectifs agrave lrsquointerface sol-bacirctiment
Le coefficient drsquoeacutemanation (E) est consideacutereacute homogegravene et invariable dans le temps pour
chaque couche de sol Il est fortement deacutependant de la granulomeacutetrie du milieu et de
son degreacute de saturation en eau (sect131) Plusieurs eacutetudes proposent des gammes de
coefficient drsquoeacutemanation pour diffeacuterents types de solsroches et pour diffeacuterents degreacutes
de saturation en eau [16] [17] [10] [5] Par approximation et du fait drsquoun manque de
donneacutees preacutecises on considegravere que
1) le remblai et la couche superficielle de sol ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se
situe dans la gamme [003 ndash 055] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures
sur 21 eacutechantillons de sols 030 est le coefficient moyen issu de ces mesures [2]
2) Les couches drsquoaregravene et de granite ont le mecircme coefficient drsquoeacutemanation Il se situe
dans la gamme [0005 ndash 040] proposeacutee par Baretto (1973) suite agrave des mesures sur 58
eacutechantillons de roches alteacutereacutees 0084 est le coefficient moyen issu de ces
mesures [2]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutees de T2Rn et de MA sont reporteacutees dans la
Tableau 13
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
37 50
REMBLAI SOL ARENE GRANITE uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
H Epaisseur de couche - 10 05 15 m oui oui
d Masse volumique segraveche 2120 1590 1325 2120 kgm3 oui non
k Permeacuteabiliteacute 1510-12
6010-12
1010-11
1010-15
msup2 oui oui
Porositeacute 02 04 05 02 - oui non
Sl Saturation en eau 03 03 05 07 - oui non
DRn Coefficient de diffusion
du radon3910
-79910
-72110
-66110
-7msup2s non oui
CRa Activiteacute massique en
radium-22670 70 200 200 Bqkg oui non
E Coefficient drsquoeacutemanation [003 ndash 055] [003 ndash 055] [0005 ndash 040] [0005 ndash 040] Bqkg oui non
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 13 Paramegravetres des couches du sol et du remblai
434 BATIMENT
Le transport du radon agrave travers les murs de fondation est supposeacute peu impactant sur les
flux drsquoexhalation aux interfaces dallehabitat et solatmosphegravere une condition de type
flux nul est appliqueacutee aux interfaces solmur de fondation
La permeacuteabiliteacute de la dalle impacte la part de radon entrant par convection dans
lrsquohabitation Le niveau de veacutetusteacute constateacute de la dalle permet de supposer que sa
permeacuteabiliteacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 10-16 et 10-12 msup2 [7]
La porositeacute de la dalle impacte la part de radon entrant par diffusion dans lrsquohabitation
De mecircme que pour la permeacuteabiliteacute le niveau de veacutetusteacute de la dalle permet de supposer
que sa porositeacute appartient agrave la gamme moyenne agrave eacuteleveacutee des valeurs communeacutement
admises pour le beacuteton soit entre 5 et 10 [7]
Le taux de renouvellement drsquoair est obtenu agrave partir de lrsquoestimation du facteur drsquoeacutequilibre
entre le radon et ses descendants agrave vie courte dans diffeacuterentes piegraveces de lrsquohabitat [12]
Les reacutesultats de mesures permettent de retenir un taux de 04 volh
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
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50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
38 50
La deacutepression au sol sous-jacent un bacirctiment est lieacutee au vent agrave la diffeacuterence de
tempeacuterature entre lrsquoair inteacuterieur et lrsquoair exteacuterieur et agrave la preacutesence de systegravemes de
ventilation par conduit Lrsquoestimation du taux de renouvellement drsquoair agrave 04 volh permet
de supposer que la deacutepression au sol se situe dans la gamme moyenne agrave faible des
valeurs communeacutement admises pour une ventilation proche de 05 volh la deacutepression
au sol est donc consideacutereacutee comprise entre -1 et -5 Pa [14]
Lrsquoactiviteacute volumique du radon au rez-de-chausseacutee de lrsquohabitation est fixeacutee agrave 2 000 Bqm3
Il srsquoagit drsquoune valeur arrondie et leacutegegraverement infeacuterieure agrave lrsquoactiviteacute volumique du radon
mesureacutee dans le petit salon (2381 Bqm3) Dans les autres piegraveces lrsquoactiviteacute volumique du
radon est supposeacutee eacutequivalente ou infeacuterieure agrave celle du petit salon notamment du fait
de la preacutesence drsquoune dalle plus eacutetanche agrave lrsquoentreacutee du radon dans ces piegraveces (cf descriptif
de la maison sect41)
Lrsquoactiviteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere exteacuterieur est fixeacutee agrave 20 Bqm3 ordre de
grandeur communeacutement admis dans la litteacuterature [3]
Les valeurs retenues pour les mises en donneacutee T2Rn et MA sont reporteacutees dans la Tableau
14
uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle [10-15
10-11
] msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle [005 013] - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon dans la dalle [2010-7
7210-7
] msup2s non oui
Rbat Taux de renouvellement drsquoair 04 h-1 non oui
ܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon du rez-de-chausseacutee 2 000 Bqm
3 oui non
ܕܜ۱ܖ Activiteacute volumique du radon dans lrsquoatmosphegravere 20 Bqm
3 oui non
Patm Pression atmospheacuterique 0992 Pa oui oui
dP Deacutepression du bacirctiment au sol [-1 -5] Pa oui oui
( mesures issues de lrsquoinvestigation de terrain)
Tableau 14 Paramegravetres lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
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[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
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(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
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Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
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issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
39 50
44 RESULTATS ET DISCUSSIONS
Une eacutetude de sensibiliteacute a tout drsquoabord eacuteteacute meneacutee afin de preacuteciser les valeurs agrave retenir pour
un ajustement satisfaisant des modegraveles Elle srsquoorganise comme suit
a) La valeur du flux drsquoexhalation du radon associeacutee agrave la zone teacutemoin repreacutesente le
reacutesultat de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster les coefficients drsquoeacutemanation du
milieu sol-remblai drsquoune part et du milieu aregravene-granite drsquoautre part Pour ces
tests de sensibiliteacute les simulations sont reacutealiseacutees en consideacuterant un terrain nu (sans
bacirctiment) cette configuration eacutetant repreacutesentative de lrsquoenvironnement de la zone
teacutemoin (cf description du terrain investigueacute sect41)
b) Les valeurs de flux associeacutees au petit salon et au deacutebarras repreacutesentent les reacutesultats
de reacutefeacuterence des calculs tests visant agrave ajuster la permeacuteabiliteacute de la dalle sa porositeacute
et la deacutepression du bacirctiment au sol Pour ces tests de sensibiliteacute les simulations
reacutealiseacutees prennent bien en compte la preacutesence de la maison
c) Enfin lrsquoimpact de la teneur en radium du remblai sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave
lrsquointeacuterieur de lrsquohabitation sera eacutevalueacute
Pour rappel seuls les reacutesultats obtenus avec le modegravele T2Rn seront preacutesenteacutes dans la suiteCeux issus du modegravele MA sont en cours de traitement par le CSTB
441 EXHALATION DU RADON SUR TERRAIN NU
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans ce paragraphe sont issus des simulations T2Rn du terrain nu
Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solatmosphegravere est noteacute FRn (mBqm-2s)
Sensibiliteacute de FRn aux coefficients drsquoeacutemanation (E)
Le Graphe 6 preacutesente deux histogrammes montrant lrsquoeacutevolution de FRn en fonction de E
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur des flux simuleacutes
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
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experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
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[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
40 50
a) Configuration monocouche
Dans un premier temps une configuration monocouche est consideacutereacutee en vue de
deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme sol-remblai La sensibiliteacute de FRn
est observeacutee pour E [003 055] soit pour E = 005 015 025 035 045 055 Le
coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus faible erreur sur FRn est Esol = 025 (1
drsquoerreur) par la suite cette valeur est retenue pour le milieu sol-remblai [Graphe 6a]
b) Configuration multicouche
Dans un second temps une configuration de sol multicouche sol-aregravene-granite est
consideacutereacutee en vue de deacuteterminer le coefficient drsquoeacutemanation E du systegraveme
aregravene-granite La sensibiliteacute de FRn est observeacutee pour E [0005 - 040] soit pour
E = 0005 010 050 010 015 020 Le coefficient drsquoeacutemanation qui preacutesente la plus
faible erreur sur FRn est E = 005 avec une sous-estimation de 10 Un test drsquoajustement
reacutealiseacute avec Egranite = 007 reacuteduit lrsquoerreur agrave 3 par la suite cette derniegravere valeur est donc
retenue pour le milieu aregravene-granite [Graphe 6b]
Pour chaque configuration le flux drsquoexhalation augmente avec le coefficient drsquoeacutemanation ce
qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie de lrsquoexhalation du radon
Configuration monocoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
Configuration multicoucheFRn(reacutef) = 605 106 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu sol-remblai
(a)
Coefficient drsquoeacutemanation du milieu aregravene-granite
(b)
Graphe 6 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute du flux drsquoexhalation FRn aux coefficients drsquoeacutemanation
120- 80
360- 40
601- 1
841+ 39
1081+ 79
1322+ 119
0
20
40
60
80
100
120
140
005 015 025 035 045 055
360- 40
380- 37
542- 10
744+ 23
946+ 56
1148+ 90
0
20
40
60
80
100
120
140
0005 0010 0050 0100 0150 0200
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
41 50
442 EXHALATION DU RADON VERS LrsquoHABITAT
Les reacutesultats preacutesenteacutes dans la suite sont issus des simulations T2Rn du systegraveme
sol-habitat-remblai deacutefini au paragraphe sect432 avec la prise en compte du sol
multicouche Le flux drsquoexhalation du radon agrave lrsquointerface solhabitat est noteacute FRn
(mBqm-2s-1) Pour chaque test de sensibiliteacute lrsquoeacutevolution de FRn est systeacutematiquement
observeacutee sur (a) le sol de lrsquohabitat avec dalle et (b) le sol de lrsquohabitat sans dalle
Lrsquoerreur relative au flux drsquoexhalation de reacutefeacuterence - noteacutee FRn(reacutef) - est indiqueacutee sous la
valeur de chaque flux simuleacute
Sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle)
Le Graphe 7 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour kdalle [10-15 10-11] (sect434) soit pour
kdalle = 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave
wdalle = 7 et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente avec kdalle ce qui est conforme agrave la pheacutenomeacutenologie
du transport par convection dans la dalle La sensibiliteacute de FRn agrave kdalle est neacuteanmoins
faible FRn augmente de 9 (de 192 agrave 209 mBqm-2s-1) pour kdalle augmenteacutee de
quatre ordres de grandeur (de 10-15 agrave 10-11 msup2) [Graphe 7a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec kdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par convection agrave travers
lrsquointerface soldalle Sa sensibiliteacute agrave wdalle reste faible FRn diminue de 4 (de 674 agrave
648 mBqm-2s) pour une augmentation de la permeacuteabiliteacute de quatre ordres de
grandeur [Graphe 7b]
La faible sensibiliteacute de FRn agrave kdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee du transport par convection
agrave travers la dalle de beacuteton sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat Lrsquoensemble des
erreurs relatives agrave FRn(reacutef) nrsquoexcegravede pas 4 la valeur meacutediane kdalle = 10-13 msup2 est donc
retenue pour lrsquoajustement du modegravele T2Rn
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
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[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
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[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
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[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
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University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
42 50
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(a)
Permeacuteabiliteacute de la dalle (msup2)
(b)
Graphe 7 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la permeacuteabiliteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la porositeacute de la dalle (wdalle)
Le Graphe 8 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour wdalle [5 13] (sect434) soit pour
wdalle = 005 007 01 013 Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2
et dP = -2 Pa
a) Surface avec dalle FRn augmente notablement avec wdalle soit de 115 (de 145 agrave
312 mBqm-2s-1) pour une porositeacute augmenteacutee de 160 (de 005 agrave 013)
Lrsquoaugmentation de wdalle a deux influences 1) lrsquoaugmentation de la masse de radon
transporteacutee par diffusion agrave travers la dalle et 2) lrsquoaugmentation de la masse de radon
deacutesinteacutegreacutee par uniteacute de volume de dalle qui - par conservation - augmente drsquoautant plus
le flux de radon La sensibiliteacute importante de FRn agrave wdalle peut srsquoexpliquer par la double
influence de ce paramegravetre sur la quantiteacute de radon exhaleacutee dans lrsquohabitat [Graphe 8a]
b) Surface sans dalle FRn diminue avec wdalle ce qui - par conservation de la masse - est
conforme agrave lrsquoaugmentation de la quantiteacute de radon entrant par diffusion agrave travers
lrsquointerface soldalle Neacuteanmoins cette sensibiliteacute reste faible FRn diminue de 5 (de
673 agrave 637 mBqm-2s-1) pour wdalle augmenteacutee 160 (de 005 agrave 013) La faible
sensibiliteacute de FRn agrave wdalle traduit lrsquoimplication modeacutereacutee de la diffusion agrave travers la dalle
sur la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave la surface du sol sans dalle de lrsquohabitat [Graphe 8b]
192- 4
193- 4
197- 2
204+ 2
209+ 4
0
10
20
30
40
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
674+ 4
672+ 4
663+ 3
651+ 1
648+ 0 3
50
60
70
80
1E-15 1E-14 1E-13 1E-12 1E-11
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
43 50
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes sur la dalle atteignent 56 et nrsquoexcegravedent pas
4 pour le sol nu La valeur wdalle = 7 est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des
flux de radon entrant dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle
correspond agrave une erreur de - 2 pour FRn estimeacute sur le sol avec dalle et de + 3 pour FRn
estimeacute sur le sol sans dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Porositeacute de la dalle
(a)
Porositeacute de la dalle
(b)
Graphe 8 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la porosteacute de la dalle
Sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Le Graphe 9 deacutecrit la sensibiliteacute de FRn pour dP [-1 -5] soit pour dP = -1 -2 -3 -4 -5
Les deux autres paramegravetres testeacutes sont fixeacutes agrave kdalle = 10-13 msup2 et wdalle = 7
a) Surface avec dalle FRn augmente tregraves faiblement avec dP soit de 6 (de 195 agrave 206
mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 (de -1 agrave -5 Pa) [Graphe 9a]
b) Surface sans dalle FRn plus notablement avec dP soit de 14 (de 641 agrave
730 mBqm-2s-1) pour une deacutepression augmenteacutee de 400 [Graphe 9b]
Lrsquoaugmentation de la deacutepression induit une augmentation significative de la quantiteacute de
radon transporteacutee par convection dans le sol sous-jacent lrsquohabitation Le radon arrivant au
voisinage de la dalle chemine preacutefeacuterentiellement vers lrsquointerface sol-nuhabitat (Graphe 9b)
impactant peu la quantiteacute de radon exhaleacutee agrave lrsquointerface dallehabitat (Graphe 9a)
Les erreurs relatives aux flux mesureacutes atteignent un maximum de 13 pour la partie de sol
sans dalle (Graphe 9b) et nrsquoexcegravedent pas 3 pour la partie de sol avec dalle (Graphe 9a) La
145- 28
197- 2
262+ 31
312+ 56
0
10
20
30
40
5 7 10 13
673+ 4
663+ 3
649+ 05
637- 14
50
60
70
80
5 7 10 13
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
44 50
valeur dP = -2 Pa est un compromis satisfaisant pour lrsquoestimation des flux de radon entrant
dans lrsquohabitat est donc retenue pour lrsquoajustement de T2Rn elle correspond agrave une erreur de
+ 3 pour le flux estimeacute sur sol sans dalle et de -2 pour le flux sur sol avec dalle
Avec dalleFRn(reacutef) lt 20 mBqmsup2s
Sans dalleFRn(reacutef) = 646 191 mBqmsup2s
FFR
n(m
Bq
m-2
s-1
)
Deacutepression au sol (Pa)
(a)
Deacutepression au sol (Pa)
(b)
Graphe 9 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la deacutepression au sol
Des tests de sensibiliteacutes ont eacuteteacute reacutealiseacutes pour deacuteterminer les donneacutees de terrain manquantes
et consideacutereacutees particuliegraverement deacuteterminantes sur la quantiteacute de radon transporteacutee du sol
vers lrsquointeacuterieur des bacirctiments Ces tests ont concerneacutes le coefficient drsquoeacutemanation E la
permeacuteabiliteacute de la dalle kdalle la porositeacute de la dalle ωdalle et la deacutepression au sol dP
Les paramegravetres finalement retenus pour lrsquoajustement satisfaisant du modegravele prennent leurs
valeurs dans les gammes proposeacutees dans la litteacuterature cela traduit la bonne capaciteacute du
modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats exposeacutes agrave des
sources drsquoorigines naturelles
443 IMPACT DrsquoUN REMBLAI ENRICHI EN RADIUM
Le modegravele T2Rn est testeacute pour eacutevaluer lrsquoinfluence de la preacutesence drsquoun remblai jouxtant lrsquoune
des faccedilades exteacuterieure drsquoune habitation sur le flux drsquoexhalation de radon agrave lrsquointerface
sol-habitat Ce sceacutenario drsquoeacutetude est repreacutesentatif drsquoune habitation exposeacutee agrave une source de
radon drsquoorigine anthropique Les Figure 12 et Figure 13 indiquent la position du remblai de la
maison eacutetudieacute dans le preacutesent benchmark il est accoleacute agrave sa faccedilade exteacuterieure sud
195- 3
197- 2
2000
203+ 2
206+ 3
0
10
20
30
40
-1 -2 -3 -4 -5
641- 1
663+ 3
684+ 6
707+ 9
730+ 13
50
60
70
80
-1 -2 -3 -4 -5
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
45 50
Dans la suite la sensibiliteacute du flux drsquoexhalation du radon agrave la teneur en radium du remblai
est eacutevalueacutee les teneurs testeacutees sont bien supeacuterieures agrave celle reacuteellement mesureacutee au cours
de lrsquoexpertise de la maison La teneur en radium mesureacutee dans le remblai correspond agrave CRa =
70 Bqkg (sect42 Tableau 8) Lrsquoexhalation du radon aux interfaces dallehabitat et sol-
nuhabitat est quantifieacutee pour des teneurs en radium pouvant ecirctre observeacutees notamment
dans des sources anthropiques soit CRa = 200 Bqkg et CRa = 500 Bqkg
Les paramegravetres initialement inconnus et finalement retenus pour la mise en donneacutee T2Rn
sont rappeleacutes dans la Tableau 15
Bacirctiment uniteacute
Mise en donneacutee
T2Rn MA
k Permeacuteabiliteacute absolue de la dalle 10-13
msup2 oui oui
Porositeacute de la dalle 007 - oui non
DRn
Coefficient de diffusion du radon 3210-7
msup2s non oui
dP Deacutepression au sol -2 Pa oui oui
Tableau 15 Paramegravetres drsquoajustement lieacutes agrave la preacutesence du bacirctiment
Une simulation sans prise en compte du remblai permet drsquoestimer le flux drsquoexhalation de
reacutefeacuterence pour les reacutesultats de simulations avec remblai Pour se faire la zone de remblai est
laquo numeacuteriquement raquo remplaceacutee par les conditions atmospheacuteriques Les reacutesultats obtenus
pour cette configuration sont repeacutereacutes dans Graphe 10 par les eacutetiquettes none
Avec dalle Sans dalle
FRn
(mB
qm
-2s
-1)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(a)
Teneur en radium-226 du remblai (Bqkg)(b)
Graphe 10 Reacutesultats des tests de sensibiliteacute agrave la teneur en radium du remblai
198197lt 1
197lt 1
198lt 1
0
10
20
30
40
none 70 200 500
654663+ 1
676+ 3
706+ 8
30
50
70
90
none 70 200 500
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
46 50
a) Surface avec dalle Une variation de lrsquoordre drsquoun dixiegraveme de mBqm-2s-1 est observeacutee
signifiant que le flux drsquoexhalation calculeacute au niveau de la dalle nrsquoest pas sensible agrave la
preacutesence du remblai quel que soit sa teneur en radium [Graphe 10a]
b) Surface sans dalle FRn augmente faiblement avec CRa jusqursquoagrave un maximum de 706
mBqm-2s-1 pour la plus forte teneur testeacutee [Graphe 10b] Par ailleurs les flux de radon
simuleacutes pour 200 et 500 Bqkg de radium restent dans la marge drsquoerreur de la mesure du
flux de radon reacutealiseacutee sur sol nu pour un remblai agrave 70 Bqkg de radium soit 191
mBqm-2s-1 (sect 42 Tableau 8)
Drsquoapregraves ces tests reacutealiseacutes avec T2Rn la preacutesence de remblai accoleacute agrave la faccedilade exteacuterieure sud
de la maison semble peu impacter la quantiteacute de radon entrant dans lrsquohabitat
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
47 50
CONCLUSION
Lrsquoobjectif de ce travail de stage eacutetait de reacutealiser la contribution de lrsquoIRSN agrave des benchmarks
visant agrave comparer deux modegraveles de transport de radon du sol vers les bacirctiments le modegravele
T2Rn (eacutediteur IRSN) et le modegravele MA (eacutediteur CSTB) Ces benchmarks sont reacutealiseacutes afin de
deacuteterminer le modegravele le plus apte agrave simuler lrsquoexhalation du radon et agrave preacuteciser la
contribution respective de sources drsquoorigines naturelle et anthropique sur la concentration
en radon dans lrsquoatmosphegravere inteacuterieur des bacirctiments
Le premier benchmark theacuteorique repreacutesente un bacirctiment avec une dalle porteacutee sur
terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation veacuterifient simultaneacutement les conditions
drsquoutilisation de T2Rn et de MA Les reacutesultats des modegraveles sont confronteacutes dans le cadre
drsquoune analyse de sensibiliteacute agrave certains paramegravetres soient la permeacuteabiliteacute du sol (ksol) la
permeacuteabiliteacute de dalle (kdalle) et la deacutepression au sol due agrave la preacutesence du bacirctiment (dP) Des
reacuteponses similaires qualitativement et quantitativement sont obtenues entre T2Rn et MA
pour lrsquoestimation des deacutebits drsquoair sortant de la dalle (Qdalle) Concernant lrsquoestimation des flux
de radon en provenance du sol (FRn) des eacutecarts importants sont observeacutes entre les deux
modegraveles Lrsquoanalyse comparative des reacutesultats semblerait exclure la non prise en compte de
la deacutesinteacutegration radioactive du radon dans le modegravele MA Elle permet neacuteanmoins de
questionner lrsquoimpact du deacutebit de renouvellement drsquoair du bacirctiment (Qbacirct) pris en compte
dans MA Dans le cadre du benchmark theacuteorique lrsquoIRSN et le CSTB travaillent toujours agrave
lrsquoidentification preacutecise des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts observeacutes entre T2Rn
et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN
La complexiteacute du systegraveme sol-remblai-habitat a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la geacuteomeacutetrie de lrsquohabitation et des formations poreuses
sous-jacentes la dynamique de transport du radon et enfin les proprieacuteteacutes physiques des
diffeacuterents milieux traverseacutes par le radon (sol roche dalles et murs de fondation)
Les paramegravetres inconnus et requis pour lrsquoutilisation des modegraveles sont deacutefinis agrave partir de la
litteacuterature existante et de la connaissance du terrain Certains paramegravetres ont donneacute lieu agrave
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
48 50
des tests de sensibiliteacute visant agrave ajuster au mieux les modegraveles sur les mesures de flux
drsquoexhalation du radon disponibles Les paramegravetres drsquoajustement sont le coefficient
drsquoeacutemanation (E) la permeacuteabiliteacute de la dalle (kdalle) la porositeacute de la dalle (ωdalle) et la
deacutepression du bacirctiment au sol (dP)
Seuls les reacutesultats de T2Rn sont exploiteacutes dans le preacutesent rapport ceux du modegravele MA eacutetant
en cours de traitement Chaque paramegravetre retenu pour un ajustement satisfaisant de T2Rn
prend bien sa valeur dans la gamme testeacutee (issue de la litteacuterature) traduisant la bonne
capaciteacute du modegravele numeacuterique T2Rn agrave simuler lrsquoexhalation du radon dans les habitats
exposeacutes agrave des sources drsquoorigines naturelles
Les diffeacuterents paramegravetres caleacutes agrave lrsquoissu des tests de sensibiliteacute donnent lieu agrave une application
sous T2Rn elle vise agrave deacuteterminer lrsquoimpact de la preacutesence drsquoun remblai pouvant atteindre
des teneurs en radium comparables agrave celles observeacutees dans des sources anthropiques sur la
quantiteacute de radon exhaleacutee dans une habitation Selon les reacutesultats de calculs T2Rn la
preacutesence drsquoun remblai enrichi en radium et jouxtant la faccedilade exteacuterieure drsquoune maison ne
modifie pas significativement le flux drsquoexhalation du radon par rapport agrave une source en
radium plus faible
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler avec une bonne preacutecision les flux
drsquoexhalation aux interfaces sol-bacirctiment
Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources anthropiques de radon agrave
proximiteacute des habitations sont en perspectives La finalisation des benchmarks donnera lieu
agrave un rapport technique IRSNCSTB et permettra de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation des transferts du radon du sol au bacirctiment
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
49 50
REFERENCES
[1] Rapport IRSN2015-00001 Exposition de la population franccedilaise aux rayonnements ionisants
[2] ASN 2017 - Plan national drsquoaction 2016-2019 pour la gestion du risque lieacute au radon
[3] H Meacutetivier et M-C Robeacute Le radon de lrsquoenvironnement agrave lrsquoHomme Ed EDP Sciences 1998
[4] Rapport IRSNDEISARG2009-012 Evaluation des teneurs en uranium des formations
geacuteologiques de France agrave lrsquoeacutechelle du 11000000 Apport agrave la cartographie du potentiel radon
[5] Tanner A B Radon migration in the ground A supplementary review in Proceedings of the
Natural Radiation Environment III 1980 Ed Gesell and Lowder pp 5-56 US Dep Of
Comm Rep CONF-780422 National Technical Information Service Springfield Va
[6] IRSN ndash Base de connaissances sur le radon
[7] Rapport CSTB-DSC-STP 16-060R Diagnostic technique agrave fin de preacuteconisation pour se proteacuteger
du radon venant du sol Maison individuelle Allemand-Morault Aoucirct 2016 B Collignan
[8] Saacircdi Z Gay D Guillevic J Ameacuteon R 2014 EOS7RnmdashA New TOUGH2 module for
simulating radon emanation and transport in the subsurface Comput Geosci 65 72-83
[9] Saacircdi Z Guillevic J 2016 Comparison of two numerical modelling approaches to a field
experiment of unsaturated radon transport in a covered uranium mill tailings soil
(Lavaugrasse France) Journal of Environmental Radioactivity 151(2016) 361-372
[10] Rogers VC Nielson KK 1991b Multiphase radon generation and transport in porous
materials Health Physics 60(6) 807ndash815
[11] DIALLO TMO 2013 Impact des polluants du sol sur la qualiteacute de lrsquoair inteacuterieur des
bacirctiments ndash Thegravese de Doctorat Univ De la Rochelle
[12] Rapport IRSNPRP-CRISIAR2016-00365 Investigations radiologiques agrave
Saint-Germain-sur-Moine (49) 8 Lieu-dit Le Moulin de la Bretauderie
[13] RA Freeze JA Cherry Groundwater Prentice-Hall Inc Englewood Cliffs New Jersey 1979
[14] Rapport IPSNDEPARTEMENT DE PROTECTION DE LrsquoENVIRONNEMENT-SERGDMars 2001
RADON2 Un outil de calcul des niveaux de radon dans les bacirctiments
[15] FERRY C 2000 La migration du radon 222 dans un sol Application aux stockages de reacutesidus
issus du traitement des minerais drsquoUranium ndash Thegravese de Doctorat Univ Paris XI Orsay
[16] Nazaroff WW 1992 Radon Transport From Soil to Air Reviews of Geophysics 30 2may
1992 p 137-160
[17] Nielson KK Rogers VC Mauch ML Hartley JN Freeman HD 1982 Radon emanation
characteristics of uranium mill tailings Uranium Mill Tailings Management-V Colorado State
University Fort Collins pp 335ndash368
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives
50 50
RESUME
La preacutesence de radon dans les bacirctiments est une probleacutematique de santeacute publique Dans ce
contexte un plan national drsquoactions pour la gestion du risque lieacute au radon est mis en place
il preacutevoit une action qui vise agrave eacutevaluer la contribution respective de sources drsquoorigines
naturelle et anthropique sur la concentration en radon dans les habitations Pour reacutepondre agrave
cette action lrsquoIRSN et le CSTB collaborent en vue de deacutefinir une strateacutegie commune de
modeacutelisation numeacuterique du transfert du radon dans le sol vers les bacirctiments Un benchmark
de leurs codes respectifs est reacutealiseacute afin de deacuteterminer lequel est le plus apte agrave reacutepondre agrave la
probleacutematique poseacutee
Le code T2Rn utiliseacute par lrsquoIRSN est baseacute sur la reacutesolution numeacuterique des eacutequations de bilan
de masse associeacutees aux lois de Darcy et de Fick en milieux poreux et fractureacutes mono- ou
biphasiques (eau air) Baseacute sur un maillage en volumes finis il simule des systegravemes agrave
geacuteomeacutetries complexes Le code MA utiliseacute par le CSTB est de type analytique et semi-
empirique et permet drsquoestimer des variables stationnaires le deacutebit drsquoair sortant du sol pour
diffeacuterents types de soubassement (dalle porteacutee dallage indeacutependant vide sanitaire) et le
flux drsquoentreacutee de polluants dans les bacirctiments
Le premier benchmark est baseacute sur une configuration dite theacuteorique et repreacutesente un
bacirctiment avec une dalle porteacutee sur terre-plein Les hypothegraveses de modeacutelisation sont deacutefinies
de sorte qursquoelles veacuterifient simultaneacutement les conditions drsquoutilisation de T2Rn et de MA
LrsquoIRSN et le CSTB travaillent agrave lrsquoidentification des eacuteleacutements conceptuels agrave lrsquoorigine des eacutecarts
observeacutes entre les flux drsquoexhalation du radon calculeacutes par T2Rn et MA
Le second benchmark est baseacute sur une configuration reacutealiste repreacutesentative drsquoune maison
expertiseacutee par lrsquoIRSN La complexiteacute du systegraveme a neacutecessiteacute de formuler des hypothegraveses
simplificatrices concernant la configuration geacuteomeacutetrique et les paramegravetres inconnus
Certains paramegravetres sont deacutetermineacutes par des tests de sensibiliteacute pour ajuster au mieux les
modegraveles sur les mesures de flux drsquoexhalation du radon disponibles Seuls les reacutesultats de
T2Rn ont eacuteteacute exploiteacutes ceux du modegravele MA sont en cours de traitement
Au regard des reacutesultats obtenus agrave ce jour pour une source naturelle de radon le modegravele
numeacuterique T2Rn se montre capable de simuler correctement les flux drsquoexhalation aux
interfaces sol-bacirctiment Des sceacutenarios plus complexes prenant en compte des sources
anthropiques de radon agrave proximiteacute des habitations sont en perspectives