Une méthode d’analyse des données de rayons gamma recueillies depuis des hélicoptères a permis d’identifier des sources radioactives simples et mixtes lors de survols de six secondes, selon l’école d’ingénieurs de l’université du Michigan. Menés avec l’Institut Paul Scherrer (PSI), en Suisse, et publiés lundi 26 octobre dans Nature Communications, ces travaux ont localisé les sources à moins de deux mètres près et estimé leur activité à deux points de pourcentage de leur valeur réelle.
La méthode repose sur les rayons gamma émis à des énergies caractéristiques par chaque matière radioactive. Avant d’atteindre le détecteur, ces rayons sont diffusés par l’air et par l’aéronef, ce qui brouille le signal, selon l’Université du Michigan. Selon l’école d’ingénieurs, la méthode a localisé les sources à moins de deux mètres près et estimé leur activité à deux points de pourcentage de leur valeur réelle.
D’après les chercheurs, la rapidité est surtout déterminante après la fusion d’un cœur de réacteur ou l’explosion d’une arme nucléaire. Dans ces situations, les mesures aériennes peuvent être le seul moyen d’accéder à une zone. Des relevés rapides pourraient aider les secours à décider où évacuer ou mettre à l’abri la population, et qui doit recevoir des comprimés d’iodure de potassium, précise l’université.
Les travaux, menés avec l’Institut Paul Scherrer (PSI), en Suisse, ont été publiés lundi 26 octobre dans Nature Communications sous le titre « Quantitative mobile gamma-ray spectrometry through Bayesian inference ».
Diviser le calcul pour accélérer l’analyse
L’analyse sur spectre complet compare les données brouillées à des modèles simulés, mais la construction de ces modèles prenait généralement des heures, voire des jours, selon l’Université du Michigan (U-M). Pour accélérer le calcul, l’équipe a scindé le calcul en deux parties.
La première traite la diffusion dans l’atmosphère et tient compte de la température et de l’humidité. La seconde traite la diffusion à l’intérieur de l’aéronef et s’appuie sur des fonctions précalculées pour le modèle d’hélicoptère concerné. David Breitenmoser, auteur principal et chercheur postdoctoral à l’U-M, a mis au point ces outils pendant sa thèse de doctorat à l’Institut Paul Scherrer (PSI).
« Une fois que nous avons séparé le transport à travers l’atmosphère de la réponse de l’hélicoptère, des simulations qui prenaient des heures, voire des jours, ont pu être évaluées en quelques microsecondes », explique-t-il.
Avec des simulations aussi rapides, un modèle bayésien peut comparer des milliers de spectres possibles aux données mesurées. Il détermine ensuite lequel a le plus probablement produit le signal déformé.
Des essais en vol en Suisse
L’équipe a installé un détecteur dans la soute d’un hélicoptère militaire. L’appareil a effectué des passages uniques à environ 30 mètres au-dessus de sources connues, dont certaines mixtes, selon l’université. Selon l’American Nuclear Society, certains vols ont eu lieu à proximité des centrales nucléaires de Mühleberg et de Gösgen. L’Inspection fédérale de la sécurité nucléaire (IFSN) a participé au financement de la recherche.
Alberto Stabilini, du PSI, qui travaille sur les vols d’aéroradiométrie en Suisse, a déclaré, selon l’institut : « Grâce à cela, nous pourrons à l’avenir distinguer en quelques secondes seulement des échantillons faiblement radioactifs de baryum ou de césium à partir d’une mesure effectuée depuis un hélicoptère ».
Au-delà des situations d’urgence
Les applications possibles ne se limitent pas aux situations d’urgence. Elles incluent les vols de surveillance réguliers qui permettent de suivre la radioactivité en Suisse, les relevés du sous-sol et le contrôle des matières nucléaires par l’Agence internationale de l’énergie atomique.
« L’association de la rapidité et d’un niveau de détail quantitatif pourrait rendre les mesures aéroportées nettement plus utiles, tant pour la réponse aux situations d’urgence que pour la surveillance de routine », a indiqué David Breitenmoser.
