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à‰valuation de l'exposition due à la radioactivité renforcée dans les industries extractives (cas de l'industrie du cuivre au Katanga en RDC).( Télécharger le fichier original )par Doudou DJAMBA TSHIKALA Université dà¢â‚¬â„¢Alger - Magister en Radioprotection 2014 |
Tableau N°1 Répartition de ressources minières de la RDC/ Source ministère des mines RDC 2014-2015 Evaluation de l'exposition due à Radioactivité renforcée dans les Industries Extractives (Cas de l'industrie du Cuivre au Katanga) L'exploitation de ces substances est assurée par des sociétés minières publiques, mixtes et privées pour l'exploitation industrielle et par les exploitants miniers artisanaux en ce qui concerne l'exploitation artisanale. La découverte de la plupart des gisements connus à ce jour a été faite il y a bientôt un siècle à l'aide des méthodes et techniques rudimentaires. D'où, la probabilité d'en découvrir d'autres, à l'aide des techniques modernes de recherches, demeure très grande. Les réserves géologiques pour quelques substances sont données dans le tableau ci- après :
Tableau N°2 Quelques réserves de ressources minières / Source ministère des mines RDC Une bonne nouvelle pour la RDC, à ce jour ou les estimations de la réserve mondiale de cuivre seraient autour de 480 et 600 millions de tonnes, il vient d'être découvert un gisement de 700 millions de tonnes dans une mine de KAMOA dans le sud du Katanga. En dépit de plusieurs difficultés qu'elle connaît, l'exploitation minière en République Démocratique du Congo demeure encore le fer de lance de l'économie nationale de par la hauteur de sa participation au PIB (28%). Les exportations des produits miniers représentent quant à elles, en valeur, près de 70% de la valeur totale des exportations de la RDC. 09 Novembre 2014 au 02 Avril 2015, CRNA - Alger-ALGERIE Page 18 2014-2015 Evaluation de l'exposition due à Radioactivité renforcée dans les Industries Extractives (Cas de l'industrie du Cuivre au Katanga)
09 Novembre 2014 au 02 Avril 2015, CRNA - Alger-ALGERIE Page 19 2014-2015 Evaluation de l'exposition due à Radioactivité renforcée dans les Industries Extractives (Cas de l'industrie du Cuivre au Katanga) 09 Novembre 2014 au 02 Avril 2015, CRNA - Alger-ALGERIE Page 20 III.2.3. Le TE-NORM dans l'industrie du cuivreIII.2.3.1.Le Katanga la Province CuprifèreLe tableau 1 montre que le sous-sol Katangais est le plus pourvu avec environs 70% des ressources minières on y retrouve : le Cuivre, le cobalt, l'uranium, le colombo-tantalite, l'or, le platine, le lithium, le talc, le wolfram, le zinc, l'argile ,le bismuth, le cadmium, le germanium, la cassitérite, le charbon ,le fer, les granites, le gypse, le kaolin, le manganèse, salines, le béryl (émeraude), le saphir. Toute l'activité économique de la province en dépend. Ces ressources sont surtout concentrées sur deux axes : l'arc cuprifère et la région stannifère.
Figure 9. : Les régions cuprifère et stannifère au Katanga (RDC) L'arc cuprifère (Copper belt), est une aire de 32.000 km2, alignée suivant l'axe NO-SE au Katanga méridional (Kolwezi-Likasi-Lubumbashi) et se prolonge jusqu'en Zambie. Dans cette aire, les opérations d'exploitation minière couvrent près de 18.900 km2 représentant la concession regorgeant d'importants gisements de cuivre à haute teneur et les minerais associés tels que le cobalt, le zinc, le plomb, l'argent, le cadmium, le rhénium, la platine, l'uranium. La consistance des richesses minières de cette partie de la RDC fait que ce dernier regorge 50% des réserves mondiales de cobalt et 10% de cuivre. 2014-2015 Evaluation de l'exposition due à Radioactivité renforcée dans les Industries Extractives (Cas de l'industrie du Cuivre au Katanga) La région stannifère (Tin region) est une aire alignée suivant l'axe SO-NE au Katanga septentrional (Kipamba-Mitwaba-Malemba Nkulu-Manono) et couvre près de 14.000 km2, et se prolonge jusqu'au Nord-Kivu en passant par le Maniema et le Sud-Kivu. Il regorge d'importants gisements de la cassitérite (Etain), de l'or, du Coltan (Colombo Tantalite), de pegmatites, des terres rares,... III.2.3.2.La production des TE-NORM, de l'exploration jusqu'à la production du cuivre III.2.3.1.1.Exploration - ProspectionUn projet minier peut commencer seulement quand on connaît l'extension et la valeur du dépôt de minerai. Les informations sur la localisation et la valeur du dépôt de minerai s'obtiennent durant la phase de prospection, cette phase comprend les enquêtes, les études de terrain, les essais de sondage et d'autres excavations exploratoires les prochaines phases du projet minier peuvent ne pas s'ensuivre si l'exploration n'arrive pas à trouver des quantités suffisantes de dépôts de minerai à hautes teneurs. Pendant cette étape la radioactivité est ramenée à la surface par les échantillons prélevés dans les puits de forage, cette opération entraine aussi une exposition due à la poussière
Image 1 exploration minière du cuivre III.2.3.1.2. Exploitation des mines à ciel ou ouvert et souterraines Mines à ciel ouvert: L'exploitation débute par une découverture qui consiste à décaper la partie de la roche stérile, elle entraine de tonnes des résidus et une exposition à la poussière c'est la plus répandue dans l'exploitation du cuivre au Katanga.
Image 2 : mine à ciel ouvert 09 Novembre 2014 au 02 Avril 2015, CRNA - Alger-ALGERIE Page 21 2014-2015 Evaluation de l'exposition due à Radioactivité renforcée dans les Industries Extractives (Cas de l'industrie du Cuivre au Katanga) 09 Novembre 2014 au 02 Avril 2015, CRNA - Alger-ALGERIE Page 22 Mines souterraines : Dans l'exploitation souterraine, une quantité minimale de stériles est enlevée pour accéder au dépôt du minerai. L'accès à ce gisement de minerai consiste à creuser des galeries dans la roche stérile si les minéralisations visées sont en profondeur. Cela génère les eaux d'exhaure, la boue, le gaz radon,...
Image 3 : Entrée de la mine de Kamoto à kolwezi/RDC III.2.3.1.3. Le transport des minerais vers l'usine de traitement Le transport se fait par différentes voies : camions, wagons, etc. une fois à l'usine de traitement les minerais sont stockés en remblais et il s'ensuit une opération d'homogénéisation à fin d'avoir une teneur homogène à alimenter à l'usine de traitement. Source d'exposition : poussières... II.2.3.1.4. Usine de traitement Le cuivre est traité par voie humide (hydrométallurgie) ou par voie sèche (pyrométallurgie), le traitement est précédé selon le cas par une concentration ou enrichissement. La détermination de l'une ou de l'autre méthode est fonction des plusieurs paramètres, entre autre : la nature du minerai (oxydé, sulfureux), la nature de la gangue, etc. La concentration Elle Comprend les opérations de concassage, broyage, classification : qui ont pour but de libérer les minéraux en vue de passer à la flottation qui consistera à faire remonter à la surface les minéraux (partie riche en métaux) pour la séparer des boues (gangue) qui restent au fond. Source d'exposition : poussières, l'entreposage de minerais, dépôt dans les canalisations, les tanks ... Traitement hydrométallurgique L'hydrométallurgie est une technique plus récente (début de 20e siècle) qui comporte une étape où le métal est solubilisé (d'où le préfixe "hydro") elle veut dire : la métallurgie par voie humide. 2014-2015 Evaluation de l'exposition due à Radioactivité renforcée dans les Industries Extractives (Cas de l'industrie du Cuivre au Katanga) 09 Novembre 2014 au 02 Avril 2015, CRNA - Alger-ALGERIE Page 23 Un procédé d'hydrométallurgie typique comporte les étapes suivantes : y' Lixiviation : C'est la mise en solution des différents métaux à l'aide de l'acide sulfurique. y' Décantation, filtration : une séparation solide-liquide y' Purification : la séparation des différents métaux entre eux réalisée par différentes techniques (cémentation, précipitation, extraction par solvant qui est utilisée dans la plus part des cas.)
Image 4 électrolyse du cuivre y' Electrolyse : elle consiste à faire déposer le cuivre à la cathode, elle est réalisée en faisant passer un courant électrique de forte puissance entre une anode et une cathode dans une solution métallique contenant l'élément à extraire. y' Raffinage : Une
élimination des Sources d'exposition: résidus, poussières, dépôt dans les canalisations, dans les tanks ... Traitement pyrométallurgique: Est une technique d'extraction qui comporte une étape où l'ensemble de la charge est fondue par la chaleur à fin d'extraire le métal d'intérêt (d'où le préfixe "pyro") elle veut dire : la métallurgie par voie sèche. Elle comprend plusieurs étapes qui conduisent à l'obtention du cuivre métallique. y' La première étape : le grillage qui consiste à préparer la forme du minerai pour l'adapter à la méthode qui sera utilisée lors de la fusion, il peut être sulfatant, agglomérant, une désulfuration partielle, épurant (une élimination des éléments indésirables),... y' La deuxième étape : la fusion, elle consiste à fondre dans un four tous les composants de la charge à une température suffisante pour atteindre l'état liquide. Le type de fusion opéré avec les minerais de cuivre est une fusion pour matte, mélange de sulfures fondus, qui a pour but de rassembler le cuivre et tous les éléments chalcophiles (Ni, Co, Pb, Zn, métaux précieux, As, Sb, Se, Bi, Te...), en rejetant le fer et les éléments de gangue sous forme d'une scorie et en abaissant la teneur en soufre initiale par oxydation partielle en SO2. y' La troisième : le convertissage, une étape qui consiste à convertir la matte en cuivre métallique, ou blister, par oxydation du soufre restant avec de l'air atmosphérique ou enrichi à l'oxygène. Le soufre est oxydé en SO2 , qui est entraîné hors du convertisseur, et les métaux plus oxydables que le cuivre passent dans la scorie. Le blister ainsi obtenu titre 98 à 99,5 % de cuivre, et contient un peu d'oxygène et les éléments chalcophiles signalés précédemment. Il est coulé dans un four à anodes sous forme de plaques d'anodes ou de lingots devant être ensuite raffinés. 2014-2015 Evaluation de l'exposition due à Radioactivité renforcée dans les Industries Extractives (Cas de l'industrie du Cuivre au Katanga) 09 Novembre 2014 au 02 Avril 2015, CRNA - Alger-ALGERIE Page 24 III.2.3.1.5.Les résidusLes opérations d'extraction se terminent par la production des cathodes ou des lingots de cuivre d'une part et d'autre part des grands volumes des résidus, souvent liquides dans le cas de l'hydrométallurgie et solides dans le cas de la pyrométallurgie (scorie). Ces résidus constituent une source importante d'exposition. Les déchets dus à l'extraction y' Les stériles ; y' Les eaux d'exhaure de mines et d'infiltration de surface provenant de stocks de minerai et stériles ; y' l'air ayant servi à l'aérage des mines. Les déchets dus au traitement y' Les résidus de traitement de minerai ; y' Les affluents liquides venant de l'usine ; y' L'air de la ventilation de l'usine et de l'extraction de poussières à différents
Image 5 dechet de l'hydrométallurgie Image 6 : déchet de la pyrométallurgie de la GCM postes de travail. 2014-2015 Evaluation de l'exposition due à Radioactivité renforcée dans les Industries Extractives (Cas de l'industrie du Cuivre au Katanga) Rejet FLOWSHEET GENERAL DU TRAITEMENT DE CUIVRE PAR HYDROMETAL LURGIE OU PYROMETALLURGIE MINERAIS
CONCENRATION GRILLAGE (sulfures) Scorie PYROMETALLURGIE Lingot de Cu HYDROMETALLURGIE Cathode de Cu RAFFINAGE Cu Figure 10 : Flowsheet général de la production du Cu 09 Novembre 2014 au 02 Avril 2015, CRNA - Alger-ALGERIE Page 25 2014-2015 Evaluation de l'exposition due à Radioactivité renforcée dans les Industries Extractives (Cas de l'industrie du Cuivre au Katanga) Chapitre IV: LES RISQUES RADIOLOGIQUES POSES PAR LESTENORMDans l'extraction minière le travailleur et le public peuvent être exposés à des risques radiologiques divers tout au long de différentes étapes d'extraction comme citées ci-haut. Ces risques, lorsqu'ils ne sont pas maitrisés peuvent causer un détriment important aux travailleurs et au public et affecter l'environnement. Voici les principales voies d'exposition :
Mode Exposition interne Figure 11 : Mode d'exposition du au TENORM Poussières (inhalation+ ingestion) Inhalation du radon
09 Novembre 2014 au 02 Avril 2015, CRNA - Alger-ALGERIE Page 26 IV.1. Exposition externeElle est essentiellement due, aux rayonnements â et ã émis par les produits de filiation de la chaîne de l'uranium présents dans les roches tout au long de l'extraction. Ces rayonnement peuvent aussi être concentrés dans : Les dépôts de résidus de traitement dans les canalisations, les boues Les lieux de stockage des minerais ou des rejets,... IV.2. Exposition interne :Elle résulte de l'inhalation ou ingestion IV.2.1.Inhalation de la poussièreDes poussières sont en suspension dans les milieux d'extraction et de concentration des minerais, ces aérosols contiennent des quantités significatives de radionucléides et peuvent être inhalées. Plusieurs activités peuvent engendrer la poussière lors de l'extraction et le traitement de minerais : Dans la mine : lors du forage, tir, concassage, manutention des roches,... Dans l'usine : lors des opérations de stockage, de concassage, de broyage,... 2014-2015 Evaluation de l'exposition due à Radioactivité renforcée dans les Industries Extractives (Cas de l'industrie du Cuivre au Katanga) IV.2.2.Inhalation du RadonLe radon est un gaz rare radioactif incolore et inodore, il est chimiquement neutre : l'atome de radon en lui-même ne se fixe pas dans les poumons ni dans l'organisme humain. De ce fait, les doses délivrées par le radon proprement dit sont négligeables. Ce sont ces descendants qui sont à l'origine des irradiations, et principalement ses descendants à vie courte Il s'agit du Po 218, Pb 214, Bi 214 et Po 214 Il se présente sous deux formes selon qu'il s'agit de la famille d'uranium ou du thorium : nous avons le 220Rn (thoron) de la famille de 232Th, disparaît très vite (T1/2= 55s), sa contribution à la dose est moins importante, le 222Rn (radon) de la famille de 238U, il a la plus longue période (T1/2= 3,8 jours), donc plus large distribution dans l'atmosphère. Son impact radiologique est important. Dans une atmosphère chargée en radon, celui-ci est très rapidement en équilibre séculaire avec ses descendants à vie courte. IV.2.3.Ingestion de la poussièreContamination des mains, des objets portés à la bouche 09 Novembre 2014 au 02 Avril 2015, CRNA - Alger-ALGERIE Page 27 2014-2015 Evaluation de l'exposition due à Radioactivité renforcée dans les Industries Extractives (Cas de l'industrie du Cuivre au Katanga) 09 Novembre 2014 au 02 Avril 2015, CRNA - Alger-ALGERIE Page 28 Chapitre V : EVALUATION DE L'EXPOSITION DUE A
LA
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|
j |
j |
Où,
HP (10) est l'équivalent de dose corps entier,
e (g) j, ing est le coefficient de dose pour l'ingestion,
Ij, ing est l'apport de l'ingestion,
e (g) j, inh est le coefficient de dose pour l'inhalation, et
Ij, inh est l'apport de l'inhalation
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Pour des raisons d'indisponibilité des échantillons du minerai de cuivre, le travail pratique s'est fait sur des échantillons de TE-NORM en provenance de l'industrie pétrolière algérienne, bien préparé pour nous par l'équipe du laboratoire de déchets radioactifs du CRNA.
Le matériel utilisé et les échantillons d'analyse sont du Laboratoire des déchets radioactifs de la Division (DESDR) du CRNA.
Image 7 Echantillon de TENORM
Nous allons décrire ci-dessous comment nous avons procédé pour évaluer la dose efficace totale.
L'évaluation de la dose due a l'exposition externe a été réalisée par des mesures de débits de dose au contact des nos échantillons, nous l'avons aussi fait à 10, 20, et 30 cm pour voir l'impact de la distance entre la source et la personne exposée.
En principe ces mesures doivent être prélevées sur toute la chaîne de production, de l'extraction du minerais jusqu'au produit final et sur le stockage de déchets.
Les radiamètres serviront à évaluer l'exposition aux rayonnements gamma tandis que les contaminamètres serviront à quantifier la contamination surfacique
Pour ce faire, on s'intéressera aux incrustations, aux dépôts de tartre et de boue sur les différents éléments de l'installation : cuves de dissolution, toiles et gâteaux de filtration, boues minières, tubages et les réservoirs de rétention,...
Par ailleurs, on procédera à des prélèvements d'échantillons aux points d'intérêt pour une analyse par spectrométrie.
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On veillera à noter l'identification précise des points de mesure d'échantillonnage, les mesures de débits de dose et les caractéristiques du détecteur utilisé pour la mesure, puis toutes les autres données nécessaires dans une feuille de mesures appropriée.
Voici les résultats des mesures prises sur les échantillons étiquetés : D1, D2, D3,
D4, D5,
Appareil de détection :
? Automess 6150 AD 6/H
? n°série : 130178
? Plage de mesure : 0,01ìSv/h-10mSv/h pour des
? Energies de 60 keV-1,3 MeV
Tableau N°3 : Mesures de débits de dose
|
Débit de dose (ìSv/h) |
D1 |
D2 |
D3 |
D4 |
D5 |
|
Au contact |
3.68 |
0.54 |
7.84 |
4.73 |
4.88 |
|
A 10 cm |
1.03 |
0.20 |
2.34 |
1.08 |
2.15 |
|
A 20 cm |
0.51 |
0.14 |
1.10 |
0.44 |
0.80 |
|
A 30 cm |
0.20 |
0.11 |
0.65 |
0.21 |
0.25 |
Eext= D*t
Eext (Sv) : dose efficace ;
D (ìSv/h) : débit de dose moyen au poste de travail ; t(s) : durée moyenne de travail par an
Temps=2000h
Dans un premier temps considérons que le travailleur a été exposé pendant 2000h de travail
Tableau N°4 : Calcul de la dose due à l'exposition externe
|
Echantillons |
D1 |
D2 |
D3 |
D4 |
D5 |
|
Débit de dose à la surface (ìSv/h) |
3.68 |
0.54 |
7.84 |
4.73 |
4.88 |
|
Dose efficace annuelle (mSv) |
7.4 |
1.08 |
15.7 |
9.5 |
9.76 |
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La contribution de l'exposition externe dans les industries extractives n'est pas la plus importante car :
les radionucléides en présence émettent principalement des rayonnements alpha ou beta avec de faibles probabilités d'émission gamma,
cette dose diminue avec la variation de la distance
Cependant, nous notons que les valeurs de doses des échantillons : D1, D3, D4 et D5, dépassent la limite réglementaire de 1mSv par an pour ces travailleurs considérés au départ comme membre du public. Dans ce cas précis, il est impossible d'être exposé 8 heures sur 8. Imaginons un scenario en ciblant les travailleurs les plus exposés, en estimant leur temps d'exposition et en calculant leur dose efficace.
Considérons les travailleurs de maintenance par exemple et imaginons par exemple qu'ils fassent une fois la maintenance pendant 7 heures par semaine, c'est-à-dire qu'ils passeraient dans ce cas environ 340 h par an
Tableau N°5 : Estimation de la dose efficace dans les conditions du scénario
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Echantillons |
D1 |
D2 |
D3 |
D4 |
D5 |
|
Débit de dose à la surface (ìSv/h) |
3.68 |
0.54 |
7.84 |
4.73 |
4.88 |
|
Dose efficace annuelle (mSv) |
1.25 |
0.18 |
2.82 |
1.60 |
1.23 |
Cependant, nous notons que même en réduisant le temps d'exposition de ce travailleurs selon le scenario, les valeurs de doses des échantillons : D1, D3, D4 et D5, dépassent toujours la limite réglementaire de 1mSv par an pour ces travailleurs de maintenance considérés au départ comme travailleurs non exposés.
Donc, au cas où ce scenario se vérifie, au vu des résultats ci-haut ces travailleurs doivent être considéré comme travailleurs sous rayonnements et toutes les mesures possibles de radioprotection doivent suivre.
Comme nous l'avons dit ci-haut l'exposition interne peut se faire par l'évaluation de la radioactivité incorporée par inhalation ou ingestion des radionucléides dans l'organisme.
Dans les industries extractives l'inhalation des poussières radioactives et du gaz radon constituent les voies les plus probables d'incorporation de radionucléides
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La dose efficace engagée de chaque radionucléide est évaluée à partir de la concentration du radionucléide dans l'air pondérée à la durée moyenne d'inhalation.
Calcul de la concentration des radionucléides dans l'air à l'aide d'un préleveur
d'air a filtre.
Comme dit ci-haut la grande part de l'exposition dans les mines d'extraction est due à l'inhalation des poussières, c'est ainsi qu'il est nécessaire de prélever l'air dans les mines pour s'enquérir du niveau d'exposition due à l'inhalation des travailleurs ou du public résidants aux alentours des mines en utilisant un préleveur d'air.
Image 8 : Préleveur d'air à travers un filtre
Un préleveur d'air ambiant est un appareil constitué essentiellement d'une tête de prélèvement d'air, d'une ligne d'échantillonnage, d'une pompe d'aspiration de l'air et d'un débitmètre. Il comporte un système de filtration de l'air ambiant, destiné à recueillir de façon quantitative les fines particules recueillies sur un filtre en papier.
Mode opératoire
? Réglons la pompe dans un trépied ou un pied à environ 1 m de hauteur, puis enregistrons la date, l'heure de départ.
? Retirons le filtre au bout d'une durée précise de prélèvement.
? La quantité d'air prélevé est obtenue en multipliant le débit de la pompe par le temps ? Le filtre en papier est ensuite analysé par spectrométrie Gamma pour une identification des radionucléides en présence et l'évaluation de leur concentration
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? La dose efficace engagée par inhalation Einh, résultant de l'inhalation des poussières radioactives et du gaz Radon par un travailleur durant une période donnée (mensuelle, trimestrielle ou annuelle) est calculée par :
· Einh : Dose efficace engagée par inhalation [mSv]
· Ca,i : La concentration moyenne du radionucléide i dans l'air [kBq/m3]
· CF2,I : Facteur de conversion pour le radionucléide i (valeurs tabulées), un débit respiratoire de 1,5 m3 / h est recommandé par la CIPR pour un adulte effectuant des activités légères (IAEATECDOC-1162, p.107)
· Te : Durée estimative d'exposition [h]
Dans le cadre de notre travail, nous avons cherché à simuler l'environnement d'une mine en plaçant nos échantillons dans une hotte et en procédant au prélèvement de l'air en vue d'estimer la quantité qui pourrait être inhalée.
Matériel et équipements utilisés
? Une hotte
? Un plateau + échantillon
? Un préleveur d'air avec un débit de 40CFM= 68 m3/h
Procédure
Pour cela nous avons procédé de deux manières :
1) Un prélèvement d'air pendant une heure en mettant une faible ventilation dans la hotte
2) Un autre prélèvement pendant deux heurs sans ventilation dans la hotte
Connaissant le débit de la pompe, le temps de prélèvement, nous pouvons déterminer le volume d'air qui a été piégé sur le filtre et connaitre l'activité volumique (Bq/m3) après spectrométrie gamma du filtre.
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Image 9 : échantillon dans la hotte
Par ailleurs, connaissant aussi le débit respiratoire d'un adulte, le temps de travail, nous pouvons calculer l'activité incorporée en (Bq/m3). Sachant cette activité nous pouvons calculer la dose due à l'inhalation selon la formule donnée ci-haut.
Cette expérience nous a permis non seulement d'avoir la quantité de l'activité incorporée, mais aussi elle nous a permis de voir l'influence de la ventilation dans l'environnement d'une mine ou d'une usine de traitement.
Voici ci-dessous les résultats trouvés dans le deux cas :
Etant donné que nous n'avions pas assez de temps pour préparer un standard filtre qui allait nous permettre de calculer les différentes activités sur nos deux filtres après prélèvement. Nous nous sommes contentés des spectres des nos deux fifres.
Tableau N°6 Résultats de filtres
|
Masse des poussières piégées (g) |
CPS (Ra-226) |
|
|
Filtre 1 (avec ventilation) |
0.006 |
37 |
|
Filtre 2 (sans ventilation) |
0.041 |
59 |
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Figure 12 : Spectre du bruit de fond
Figure 13 : Spectre filtre 1
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Radioactivité renforcée dans les Industries
Extractives (Cas
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Figure 14 : Spectre filtre 2
Bien que nous n'avions pas pu quantifier les activités, néanmoins ces deux filtres nous ont permis de prouver effectivement la présence des particules radioactives piégées, d'où une incorporation radioactive due l'inhalation dans le cas d'un travailleur ou d'un membre du public.
Ces deux spectre nous ont aussi permis de voir la différence de la quantité piégée dans le deux cas d'où l'importance de la ventilation.
Ceci est prouvé par le rapport du nombre de coups par seconde (CPS) prélevé qui est de 1.6, c'est-à-dire que le deuxième filtre est 1.6 fois plus radioactif que le premier.
Avec la composante de la dose due à l'exposition interne et celle due à l'exposition externe, on peut enfin évaluer la dose efficace totale selon la formule susmentionnée.
L'évaluation de l'activité dans les différents échantillons de TE-NORM s'avère importante en vue d'une meilleure gestion de ces derniers.
En effet, la réglementation nationale comme les normes internationales de l'AIEA ne prévoient pas des limites réglementaires sur les activités spécifiques mais prévoient par contre les limites d'exemption, ces sont des valeurs en dessous desquelles
les radionucléides sont considérés comme inoffensifs à l'homme, ces valeurs reflètent le danger d'un radionucléide par rapport à un autre, elles tiennent compte à la fois des risques d'exposition internes et externes.
D'où, la connaissance des activités spécifiques est un atout majeur dans la meilleure prise en charge des TE-NORM.
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Radioactivité renforcée dans les Industries
Extractives (Cas
de l'industrie du Cuivre au Katanga)
Les tableaux ci-dessous nous donnent les limites d'exemptions et d'autres informations pertinentes sur les quelques radionucléides qui ont été détectés à la spectrométrie gamma dans nos échantillons.
Tableau N°7 : Limite d'exemption du Radium-226
Tableau N°8 : Limite d'exemption de l'Uranium 235
Tableau N°9 : Limite d'exemption du Plomb 214
Tableau N°10 : Limite d'exemption du Bi-214
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V.3.2. Calcul de la concentration des radionucléides par Spectrométrie Gamma Ge(HP)
? Chaîne de spectrométrie Gamma constituée des éléments suivants :
? Détecteur Ge(HP) avec préamplificateur incorporé + Dewar d'azote liquide ; ? Rack d'alimentation haute tension ;
? Electronique associé : jauge du niveau d'azote, amplificateur, Convertisseur
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Evaluation de l'exposition due à
Radioactivité renforcée dans les Industries
Extractives (Cas
de l'industrie du Cuivre au Katanga)
> (ADC) et un analyseur multicanaux (MCA) ;
> Logiciel d'acquisition et de traitement GENIE 2000 > Ordinateur pour le traitement des résultats
> imprimante
y' Sources gamma pour la calibration en énergie et en efficacité : 137Cs, 241Am, 60Co ; 152Eu
y' Echantillons à analyser y' Balance de précision
Image 10 : chaine de spectrométrie gamma
Chaque canal où sont stockées des impulsions de même taille représente une fenêtre d'énergie. La calibration en énergie de la chaine de détection va donc consister à traduire la correspondance qui existe entre les canaux et leurs énergies E = f (N° canal).
Cette correspondance va ainsi nous permettre d'attribuer à un pic l'énergie qui lui correspond. Nous réalisons cette opération au moyen de trois sources étalons dont nous connaissons à priori les énergies (241Am, 137Cs, 60Co).
Procédure :
> Placer les trois sources étalons sur le capot du détecteur et fixer via le logiciel
d'acquisition un temps de comptage (10 minutes par exemple) ;
> Démarrer l'acquisition ;
> A la fin du comptage, marquer les pics visualisés ;
> Déterminer les numéros de canaux
Tableau N°11 : Etalonnage en énergie du détecteur Ge-HP.
|
Source |
Energie (Kév) |
N° de canal |
|
Cs-137 |
661,6 |
1335 |
|
Am-241 |
59,5 |
120 |
|
Co-60 |
1173 |
2366 |
|
1332,5 |
2688 |
Figure 15 : Courbe d'étalonnage en énergie
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1400
1200
Energie (kév)
1000
800
600
400
200
0
Courbe d'étalonnage en énergie
0 500 1000 1500 2000 2500 300
Canal
Energie=-1,654e+001kev+5,885e-001(canal)
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En pratique, Il n'est pas possible de calculer les valeurs des efficacités pour différentes valeurs d'énergie å = f(E) et pour toutes les géométries (en termes de porte-échantillons) qui sont utilisées dans le laboratoire.
Il est donc d'usage de préparer des échantillons standards et de déterminer l'efficacité de la chaine de mesure de manière empirique. Ces échantillons standards doivent répondre aux exigences suivantes:
Ils doivent être similaires aux échantillons à analyser : composition de la matrice, la forme physique et les dimensions.
Ils doivent être de même possibles de placer ces échantillons dans la même position par rapport au détecteur.
Ils doivent contenir un certain nombre de radionucléides émettant un grand nombre des photons d'énergies différentes pour couvrir le domaine d'énergie qui présente un intérêt.
Pour notre travail, nous avons utilisé un spectre du standard déjà prêt, il a été réalisé à partir d'un filtre contaminé d'une source polyénergétique d'Europium 152. Son spectre comporte en effet un nombre important de pics bien repartis en énergie et en intensité.
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Tableau N°12 étalonnage en efficacité
|
Energie Kev |
Efficacité |
Incertitude(%) |
|
121,78 |
0,04119 |
3,17 |
|
244,69 |
0,02913 |
3,7 |
|
344,27 |
0,02343 |
3,23 |
|
443,98 |
0,0184 |
5,31 |
|
778,89 |
0,0124 |
4,14 |
|
964,01 |
0,01001 |
4,21 |
|
1085,78 |
0,01036 |
4,24 |
|
1112,02 |
0,00973 |
4 |
Image 11 : échantillon des TENORM
Courbe d'étalonnage en efficacité
0 200 400 600 800 1000 1200
Energie (Kev)
Efficacité
0,045
0,035
0,025
0,015
0,005
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
Figure 16 : courbe d'étalonnage en efficacité
ln(Eff)=-2,686+2,827*10-1*ln(E)-8, 029*10-2*ln(E)2
Mode opératoire
? Peser et remplir les échantillons dans les fioles,
? Fermer hermétiquement pour contenir le gaz radon
? Laisser trois semaines environs pour atteindre l'équilibre séculaire entre le radon et ses
descendants.
? Procéder au comptage à la spectrométrie gamma pendant trente minutes pour chaque
échantillon
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Connaissant le spectre du bruit de fond, la surface comptée, l'efficacité..., l'activité se calcule par la formule :
Net - Nbf
A=
e*I*m*tc
y' A : activité massique (Bq/g)
y' I : probabilité d'émission du pic considéré (%)
y' å:efficacite de détection du pic a l'énergie considérée
y' Net : surface nette du pic
y' Nbf : surface du pic de « bruit de fond »
y' m : masse de l'échantillon analyse en gramme (g)
y' t : temps d'acquisition en seconde (s)
Tableau N°13 Résultats échantillon D1
Radionucléide Activité moyenne Erreur Masse Temps de
pondérée (Bq/g) échatillon (g) comptage (s)
BI-212 5,93E+00 1,48E+00
BI-214 2,31E+02 5,14E+00
PB-214 2,21E+02 6,09E+00 2,21E+01 1800
|
RA-226 |
3,23E+02 |
2,60E+01 |
U-235 1,96E+01 1,70E+00
Tableau N°14 Résultats échantillon D2
Radionucléide Activité moyenne Erreur Masse Temps de
pondérée (Bq/g) échantillon (g) comptage (s)
BI-212 5,28E-01 2,52E-01
PB-212 2,22E+00 2,09E-01
PB-214 4,19E+00 2,52E-01 2,22E+01 1800
|
RA-226 |
7,18E+00 |
2,21E+00 |
U-235 4,36E-01 1,35E-01
Tableau N°15 Résultats échantillon D3
Radionucléide Activité moyenne Erreur Masse Temps de
pondérée (Bq/g) échantillon (g) comptage (s)
BI-212 6,39E+00 8,59E-01
PB-212 2,34E+01 1,37E+00
BI-214 6,58E+01 1,67E+00
PB-214 6,42E+01 2,30E+00 2,25E+01 1800
|
RA-226 |
9,41E+01 |
9,69E+00 |
AC-228 9,02E+00 5,38E-01
U-235 5,72E+00 6,17E-01
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|
2014-2015 |
||||
|
Tableau N°16 : Résultats échantillon D4 |
||||
|
Radionucléide |
Activité moyenne |
Erreur Masse |
Temps de |
|
|
pondérée (Bq/g) |
échantillon (g) |
comptage (s) |
||
|
BI-212 |
9,44E+00 |
1,07E+00 |
||
|
PB-212 |
2,26E+01 |
1,03E+00 |
||
|
BI-214 |
1,96E+01 |
6,59E-01 |
||
|
PB-214 |
2,33E+01 |
8,35E-01 2,62E+01 |
1800 |
|
|
RA-226 |
3,01E+01 |
4,72E+00 |
||
|
AC-228 |
1,27E+01 |
5,19E-01 |
||
|
U-235 |
1,83E+00 |
2,93E-01 |
||
|
Tableau N°17 Résultats échantillon D5 |
||||
|
Radionucléide |
Activité moyenne |
Erreur Masse |
Temps de |
|
|
pondérée (Bq/g) |
échantillon (g) |
comptage (s) |
||
|
BI-212 |
7,83E+00 |
8,64E-01 |
||
|
PB-212 |
2,16E+01 |
1,29E+00 |
||
|
BI-214 |
5,78E+01 |
1,45E+00 |
||
|
2,68E+01 |
1800 |
|||
|
PB-214 |
5,31E+01 |
2,00E+00 |
||
|
RA-226 |
7,64E+01 |
9,59E+00 |
||
|
U-235 |
4,64E+00 |
6,02E-01 |
||
Pour des raisons de radioprotection, nous nous intéresserons essentiellement au pic du Radium-226.
Remarque : La limite d'exemption du Radium-226 recommandée par l'AIEA est de 10 Bq/g pour l'activité massique et de 10 000 Bq pour l'activité totale.
L'analyse des résultats obtenus par spectrométrie gamma nous permet de donner les observations suivantes :
Les activités spécifiques des échantillons D1, D3, D4, D5 sont supérieures à la limite d'exemption (3 à 32 fois supérieures à la limite d'exemption).
L'activité totale du radium-226 admissible est de 10 000Bq, or avec seulement 31g, 107g, 332g, 131g respectivement pour les échantillons D1, D3, D4, D5 on atteint déjà le 10 000 Bq, alors que les industries extractives en produisent des tonnes.
Il ressort donc que les résidus et déchets dans les industries extractives doivent être soumis au contrôle réglementaire et mieux, une évaluation de la contamination de tous les équipements et matériels de travail s'impose.
Ces résidus constituent une source d'exposition pour le travailleur, le public et l'environnement.
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V.4. Mesure de radioprotection à mettre en place
L'évaluation des doses (externe + interne) permet de bien identifier les risques d'exposition aux rayonnements ionisants et sert de base dans la classification du personnel, dans la délimitation des zones de travail et dans le processus d'optimisation de la radioprotection.
Par suite, elle permet donc d'améliorer les protocoles et les procédures de travail et de mettre en oeuvre les protections adaptées.
Pour le cas précis parmi les actions possibles, on envisagera :
La réduction de la durée et la fréquence des tâches,
L'utilisation d'équipements de protection individuelle contre la contamination et l'inhalation des poussières radioactives et le radon (masque, blouse, gants), L'information ou la formation sur les risques radiologiques des personnes exposées et des responsables du département de l'Hygiène Sécurité et Environnement.
Les responsables du département de l'Hygiène Sécurité et Environnement doivent s'assurer que les travailleurs affectés aux travaux sous risques d'expositions radiologiques (comme le personnel de la maintenance ne dépasse pas la dose efficace annuelle de 1 mSv), ils doivent aussi assurer le contrôle radiologique des lieux de travail et des travailleurs exposés,
La délimitation des zones de travail avec une signalisation adéquate au cas où cela est nécessaire.
L'optimisation de la protection consistera à réduire la production de poussières radioactives, à éviter leur dispersion et celle de la contamination des surfaces hors de la zone de travail. Dans les mines en général, pour réduire la production des poussières l'arrosage est recommandé, et particulièrement pour les mines souterraines une ventilation est obligatoire pour diminuer les risque lié au radon.
Les processus d'extraction des minerais s'accompagnent de la production d'une grande quantité de résidus dont la radioactivité a été renforcée et qui nécessite une gestion appropriée afin de minimiser la contamination de l'environnement et l'exposition du public.
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Les tubes, canalisations et autres équipements contaminés par les TE-NORM et présentant un débit d'exposition important doivent être considérés comme déchets radioactifs et stockés sur un site conçu d'avance.
L'accès au site doit être réglementé avec une signalisation appropriée, les tartres, les dépôts et les boues doivent être stockés dans des conteneurs fermés, marqués et entreposés sur des palettes.
Le confinement doit être contrôlé périodiquement et remplacé immédiatement si une fuite est détectée. Toutes les ouvertures des équipements contaminés doivent être fermées, bouchées ou recouvertes de plastique. Les surfaces externes des équipements doivent être décontaminées.
Plusieurs filières dans la gestion de ces déchés peuvent être envisageables,
après avis de l'Autorité réglementaire :
Le transfert vers une autre installation,
La vente à d'autres utilisateurs,
La décontamination,
La réutilisation ou le don,
La réparation hors site.
Entreposage temporaire
Evacuation définitif en à faible profondeur ou géologique.
En cas d'entreposage ou d'évacuation définitif, l'autorité réglementaire veillera, au contrôle de la conformité du niveau d'exposition du site et de ses environs avec les limites de libération.
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Cette étude nous a permis de comprendre comment les industries extractives renfoncent la radioactivité, dispersent la contamination sur toute la chaine d'extraction en générant plusieurs types de déchets qui peuvent, selon la formation géologique et le processus industriel mis en jeu, présenter aussi une radioactivité significative. Et cette radioactivité peut présenter un risque pour les travailleurs, les membres du public et pour l'environnement.
Nous avons évalué cette exposition due à la radioactivité renfoncée, nous avons compris que dans la plus part des cas les expositions sont importantes au-delà des limites réglementaires.
Nous avons aussi évalué l'activité dans les déchets produits en vue d'une bonne gestion de ces derniers, là aussi nous avons trouvé que dans la plus part des cas les activités spécifiques trouvées sont de loin supérieures aux limites d'exemption recommandées.
C'est ainsi, par rapport aux résultats trouvés, la gestion de ces risques radiologiques s'avère importante. Surtout que notre réglementation l'a prévue comme nous l'avons montré dans le chapitre premier :
Dans l'article 4, il est clair que la radioactivité renfoncée n'est pas exclue du champ d'application de la réglementation, puisqu'elle constitue une radioactivité naturelle « perturbée », et de ce fait entre dans le champ d'application du décret N° 05/022 du 29 Mars 2005,
Les activités spécifiques et totales des échantillons sont supérieures aux niveaux d'exemption, par conséquent et conformément aux articles 41, 42 et 44 du décret N° 05/022 du 29 Mars 2005, tout rejet de TENORM est soumis à une autorisation préalable et à une surveillance radiologique de l'environnement adaptée à la nature des opérations effectuées.
Donc, il ne reste qu'à l'autorité réglementaire en collaboration avec le CGEA de mettre en place les dispositions nécessaires pour l'application des ces dispositifs réglementaires déjà mis en place, surtout en ce qui concerne la gestion des déchets.
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Cela peut se réaliser par exemple par :
Une évaluation des expositions des travailleurs et du public en continu,
une surveillance de l'environnement des sites
L'installation au Katanga d'un laboratoire d'analyse isotopique équipé d'une chaine
de spectrométrie alpha ou gamma ou encore alpha beta total est plus que nécessaire.
Bien que nous n'avons pas utilisé le minerai de cuivre comme nous l'aurions souhaité, néanmoins cette étude nous a permis de bien comprendre la gestion des TE-NORM, étant donné que l'approche reste la même dans tel ou tel autre cas.
Du reste, vue le risque réel d'exposition et de contamination des travailleurs, du public et de l'environnement, il nous revient de poursuivre la mise en oeuvre de ce mini-projet dans l'environnement minier dans mon pays.
Pour la mise en ouvre de ce mini projet les activités suivantes peuvent être envisagées :
Faire des campagnes de sensibilisation des acteurs de l'industrie extractive sur les risques radiologiques inhérents.
Faire des campagnes de mesures et d'évaluation de l'exposition des travailleurs afin d'identifier les zones à risques et les personnels exposés.
Organiser des campagnes de surveillance radiologique de l'environnement autour des sites des industries extractives.
Faire des campagne d'étude d'impact radiologique des déchet issus des industries extractives et proposé un bon plan de gestion
Ceci permettra d'établir une base de données concernant:
l'identification des industries extractives congolaises susceptibles de générer des
TE-NORM;
Le nombre de travailleurs exposés aux rayonnements renforcés ;
la magnitude des doses reçues par les travailleurs et le public;
la caractérisation des résidus issus de ces industries.
Ces informations sont indispensables pour une définition d'une stratégie en matière de protection radiologique des travailleurs et du public et de gestion des résidus générés.
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1. FRANCOIS KAZADI KABUYA, LES NORM, Cours de Formation en Radioprotection dans les Mines, Lubumbashi 27 Juin - 08 Juillet 2011
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3. United States Environmental Protection Evaluation of EPA's Guidelines for Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Materials (TENORM) EPA 402-R-00-01 June 2000
4. BOUKHENFOUF WASSILA, Thèse de doctorat : concentration de l'uranium application aux fertilisantes agricoles, université Ferhat Abbas-Setif Ufas, 2010-2011
5. BOUZEGZI, Sources de rayonnements ionisants, Cours, Formation Supérieure Régionale en Radioprotection et Sûreté des Sources de Rayonnements Ionisants, Alger- Algérie du 09 Novembre 2014 au 02 Avril 2015.
6. Professeur Rajaâ CHERKAOUI EL MOURSLI, Sources de rayonnements, cours d'étude Supérieure Régionale en Radioprotection et Sûreté des Sources de Rayonnements Ionisants Rabat -Maroc du 28 octobre 2013-28 Mars 2014.
7. PROMINES RDC : Evaluation stratégique environnementale et sociale du secteur minier en République démocratique du Congo Kinshasa 14 février 2014.
8. Adolphe LUFUMA KAPENDA et Didier KISANGA MUKOBE : contribution à l'amélioration de la gouvernance des ressources minières dans le Katanga sept. 2009.
9. mid-term coordination meeting and workshop on uranium data collection & reporting, RAF 3007, Accra,Ghana, 5-9 July 2010:Uranium in the Democratic Republic of Congo: Yesterday, Today and Tomorrow.
10. Z.Yameogo, Mini-Projet : La radioactivité renforcée dans les industries extractives, Formation Supérieure Régionale en Radioprotection et Sûreté des Sources de Rayonnements Ionisants Alger- Algérie 2012-2013.
11. François Kazadi Kabuya, Structure et organisation de la radioprotection en RDC, Cours de Formation des Responsables de Radioprotection dans les Mines Lubumbashi, 27 Juin- 08 Juillet 2011 :
12. Loi n°017/2002 du 16/10/2002, portant disposition relative à la protection contre les dangers des rayonnements ionisants et a la protection physique des matières et des installations nucléaires
13. Décret n° 05/022 du 29 mars 2005, portant réglementation de la protection contre les dangers des rayonnements ionisants.
14. JOSEPH MBEMBE, protection contre les expositions externes, cours de formation des responsables de radioprotection dans les mines, Lubumbashi du 08 au 19 février 2010.
15. Célestin-Paul MULUMBA, Principes de protection contre les Expositions Internes, cours de formation des responsables de radioprotection dans les mines Lubumbashi du 08 au 19 février 2010.
16. Mustapha AIT IFTENE, Grandeurs et Unités Dosimétriques en Dosimétrie Interne, Cours, Formation Supérieure Régionale en Radioprotection et Sûreté des Sources de Rayonnements Ionisants, Alger- Algérie du 09 Novembre 2014 au 02 Avril 2015.
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27. LAVALIN, Rapport E739 v2 Étude sur la restauration des mines de cuivre et de cobalt
de la République Démocratique du Congo.
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30. Delacroix, J. P. Guerre, P. Leblanc, C. Hickman: radionuclide and radiation protection data handbook 2002
32. Mines et hydrocarbures RDC : http://www.anapi.org
33. ww.air formation.com
