CEA - DAM

Capteurs et réseaux

Pour l'ensemble des éléments ou phénomènes qu'il cherche à détecter et mesurer (événements sismiques, infrasons, radionucléides), le Département analyse surveillance, environnement du CEA a conçu et développé des moyens et techniques de pointe, souvent uniques. Ce savoir-faire scientifique et technique est recherché et reconnu, notamment dans le cadre du développement du Système de surveillance international (SSI) du Traité d'interdiction complète des essais nucléaires (Tice).

Détecter les événements sismiques

Les ondes générées par un événement sismique sont détectées et mesurées par des sismomètres.

Les stations sismiques du SSI

170 des 321 stations du SSI seront des stations sismiques. 50 d'entre-elles vont transmettre leurs enregistrements en continu et en temps réel, ce sont les stations sismiques primaires (dont la station de Tahiti). Les 120 autres (dont celles de Nouvelle Calédonie et de Guyane), les stations sismiques secondaires, fourniront leurs enregistrements sur requête.

Une station sismique peut comprendre plusieurs sismomètres. On en distingue 3 types :

		les sismomètres " courte-période " (période des ondes enregistrées inférieure à 2 secondes) principalement utilisés pour étudier la sismicité proche et régionale et les ondes de volume de téléséismes,
		Les sismomètres " longue-période " (période pouvant atteindre plusieurs centaines de secondes) pour l'étude des ondes de surface et des ondes de volume de forts séismes,
		Les sismomètres " large-bande " pour enregistrer dans une bande de 100s à 0,02s. Ces capteurs sont en général moins sensibles que les capteurs courte ou longue-période.

On les distingue également par la composante de l'onde capté. ainsi il existe :

		des sismomètres verticaux, qui captent la composante verticale des ondes sismiques,
		des sismomètres horizontaux qui captent une des 2 composantes horizontales des ondes sismiques,
		des sismomètres 3 composantes qui comportent 1 capteur vertical et 2 capteurs horizontaux sur le même bâti.

Les stations hydroacoustiques du SSI

Les stations hydroacoustiques sont soit immergées, soit situées en bordure de côte. Elles détectent toutes les ondes hydroacoustiques conduites par le canal Sofar. Bien connu des sous-mariniers, ce canal à faible vitesse, situé, selon la latitude, entre quelques centaines de mètres et 1200 m de profondeur, a la particularité de bien guider les ondes dans la mer.

Les stations hydroacoustiques sont soit composées d'hydrophones, soit d'une ou plusieurs stations sismiques dites " onde T " situées proches de la côte, de préférence sur une ou plusieurs îles. Les hydrophones sont sensibles aux ondes qui se propagent dans l'eau et en particulier celles engendrées par des tirs. Les stations sismiques ondes T utilisent les flancs abruptes d'une île comme récepteur d'ondes hydroacoustiques qui se convertissent en ondes sismiques.

11 stations hydroacoustiques sont prévues pour le SSI : 6 stations équipées d'hydrophones (dont celle de Crozet) et 5 stations sismiques (dont celle de Guadeloupe).

Détecter les radionucléides

Les stations de détection des radionucléides

2 types de stations existent pour la détection des radionucléides dans l'air :

Les stations radionucléides Aérosols.

Principe : Un capteur aspire l'air ambiant en permanence et l'achemine vers un filtre qui piège les radionucléides. Ce filtre est ensuite prélevé et compacté afin d'optimiser la détection des éléments par spectrométrie gamma. Ce type de station de détection nécessite une intervention humaine et l'existence d'un laboratoire d'analyses à proximité.

Les stations radionucléides Gaz.

Principe : Ces stations, appelées Spalax sont entièrement automatiques. L'air est prélevé, puis les éléments tels que l'eau, l'oxygène, le dioxyde de carbone et le radon sont éliminés pour ne garder que le xénon qui est ensuite concentré pour pouvoir identifier par spectrométrie ses 4 isotopes radioactifs.

Les stations radionucléides du SSI

Le SSI devra compter 80 stations de surveillance radionucléides, réparties entre les deux technologies : aérosol et gaz. Le traité prévoit l'installation de 6 stations radionucléides dans les Dom-Tom : Tahiti, Guadeloupe, Réunion, Kerguelen, Guyane française et Terre Adélie.

Détecter les infrasons

Les ondes infrasonores sont mesurées par un capteur de pression ultra sensible : le microbaromètre.

Les stations infrasonores du SSI

Le système de surveillance international du Tice sera à terme composé de 60 stations infrasonores.
Chacune d'elles est composée d'au moins 4 capteurs dont 3 espacés aux sommets d'un triangle équilatéral de 1.5 à 3 km de côté, afin d'améliorer la détectabilité et d'en déduire la vitesse de propagation et la direction par traitement du signal.
Les capteurs mis en place dans le cadre du Tice ont une géométrie un peu particulière. Les 4 arrivées d'air du baromètre sont en général alimentées par des séries de 8 prises d'air. L'intérêt de cette configuration est de réduire le niveau de bruit lié au vent. On effectue ainsi une moyenne des flux d'air recueillis ce qui modère l'effet des turbulences et permet de mieux récupérer le signal utile.

Transmettre les signaux des stations

L'ensemble des données des stations de surveillance est transmis par satellite vers le Centre International de Données (CID) de Vienne (Autriche).
Dans le cas des stations de détection des radionucléides, les résultats des analyses sont transmis toutes les 24h.

Une activité de recherche et développement de pointe

Pour chaque technologie mise en œuvre les ingénieurs et techniciens du Dase ont développé leurs propres réseaux de détection, des capteurs fiables aux seuils de détection extrêmement bas.
Le capteur sismique ZM500 détecte des vitesses de déplacement du sol de l'ordre du nanomètre par seconde, c'est-à-dire d'un milliardième de mètre par seconde.
Le microbaromètre MB 2000, peut effectuer des mesures acoustiques de très basse fréquence avec une précision de l'ordre du millième de Pascal (Pa) soit 100 millièmes de millibars.
Quant à la station de détection de radionucléides Gaz Spalax, elle a, au terme d'une campagne d'inter comparaison avec d'autres détecteurs de ce type, été reconnue comme l'une des plus performantes pour l'analyse des isotopes du xénon, notamment 133.