Lors des interventions humaines pendant les arrêts de tranche des installations nucléaires d’EDF, on remarque une remise en suspension de certains radionucléides sous forme d’aérosols (1 µm < dp < 10 µm). Dans le cadre d’une augmentation des interventions effectuées de façon simultanée en bâtiment réacteur, il devient important de mieux comprendre la remise en suspension due à l’activité des opérateurs pour adapter leur radioprotection. Le but des travaux de cette thèse est de quantifier la remise en suspension des particules suite à la marche des opérateurs sur un sol faiblement contaminé. Pour cela, la démarche suivie consiste à coupler un modèle de remise en suspension aéraulique avec des calculs numériques d’écoulement sous une chaussure, puis à caractériser expérimentalement certains paramètres d’entrée du modèle (diamètre de particule, forces d’adhésion, mouvement de la chaussure).Le modèle de remise en suspension Rock’n’Roll proposé par Reeks et Hall (2001) a été choisi car il décrit de manière physique ce mécanisme et est basé sur le moment des forces appliquées à une particule. Il nécessite la maîtrise de paramètres d’entrée tels que la vitesse de frottement de l’air, la distribution des forces d’adhésion et le diamètre des particules.Concernant le premier paramètre, des simulations numériques d’écoulement ont été réalisées, à l’aide du code de calcul ANSYS CFX, sous une chaussure de sécurité en mouvement (numérisée par CAO 3D) ; les cartographies des vitesses de frottement obtenues donnent des valeurs de l’ordre de 1 m.s⁻ ¹ pour une vitesse angulaire moyenne de 200 °.s⁻ ¹ .Concernant le deuxième paramètre, des mesures AFM (Atomic Force Microscope) ont été réalisées avec des particules d’alumine ainsi que des particules d’oxyde de cobalt en contact avec des surfaces en époxy représentatives de celles rencontrées dans les installations d’EDF. L’AFM permet d’obtenir la distribution des forces d’adhésion et révèle une valeur moyenne bien plus faible que ce qui peut être calculé de façon théorique en utilisant par exemple le modèle JKR proposé par Johnson et al. (1971). De plus, cette technique, tenant compte des rugosités de surface, montre que plus la taille de la particule augmente, plus la moyenne des forces d’adhésion diminue. Enfin, l’analyse des mesures AFM a permis d’obtenir une corrélation liant la distribution des forces d’adhésion au diamètre des particules, remplaçant celle de Biasi et al. (2001) initialement utilisée dans le modèle Rock’n’Roll et permettant ainsi d’adapter le modèle aux particules et aux revêtements de sol étudiés. Le couplage, effectué dans le code de calcul ANSYS CFX, entre les calculs de vitesses de frottement et le modèle de remise en suspension, a permis de déterminer des taux de remise en suspension théoriques pour le cas d’un cycle unique de marche. Ce couplage a été dans un premier temps validé par une comparaison à l’expérience pour le cas simple d’une plaque en rotation dans un volume contrôlé. En complément, des expériences à l’échelle d’un local ventilé de 30 m³ ont été réalisées en marchant sur un revêtement époxy ensemencé en particules de tailles calibrées (1,1 µm et 3,3 µm). Ces expériences ont permis de mettre en évidence les paramètres influant la remise en suspension des particules, tels que la fréquence de pas et la taille des particules. / In nuclear facilities, during normal operations in controlled areas, workers could be exposed to radioactive aerosols (1 µm < dp < 10 µm). One of the airborne contamination sources is particles that are initially seeded on the floor and could be removed by workers while they are walking. During the outage of EDF nuclear facilities, there is a resuspension of some radionuclides in aerosol form (1 µm < dp < 10 µm). Since the number of co-activity will increase in reactors buildings of EDF, it becomes important to understand particle resuspension due to the activity of the operators to reduce their radiation exposure. The purpose of this Ph.D thesis is to quantify the resuspension of particles due to the progress of operators on a contaminated soil. Thus, the approach is to combine an aerodynamic resuspension model with numerical calculations of flow under a shoe, and then to characterize experimentally some input parameters of the model (particle diameter, adhesion forces, shoes motion).The resuspension model Rock'n'Roll proposed by Reeks and Hall (2001) was chosen because it describes physically the resuspension mechanism and because it is based on the moment of forces applied to a particle. This model requires two input parameters such as friction velocity and adhesion forces distribution applied on each particle.Regarding the first argument, numerical simulations were carried on using the ANSYS CFX software applied to a safety shoe in motion (digitized by 3D CAO); the mapping of friction velocity shows values of about 1 m.s⁻ ¹ for an angular average velocity of 200 °.s⁻ ¹ . As regards the second parameter, AFM (Atomic Force Microscopy) measurements were carried out with alumina and cobalt oxide particles in contact with epoxy surfaces representative of those encountered in EDF power plants. AFM provides the distribution of adhesion forces and reveals a much lower value than what can be calculated theoretically using JKR model (Johnson et al. (1971)). Moreover, this technique, taking into account the surface roughness, shows that adhesion forces decrease while particle diameter increase. Finally, the analysis of AFM measurements gives a correlation linking the distribution of adhesion forces to the particle diameter, replacing the one given by Biasi et al. (2001) originally used in the Rock'n'Roll model and thereby adapt the model to particles and flooring studied in our case.Coupling, performed in ANSYS CFX software, between the calculations of friction velocity and model of particle resuspension, gives theoretical resuspension rate during shoe motion. This coupling was initially validated by comparison to the experience for the simple case of a rotating plate in a controlled volume. Secondly, experiments at the scale of a ventilated room of 30 m³ were performed by walking on an epoxy coating initially seeded by calibrated particle size (1,1 µm and 3,3 µm). These experiments highlight the parameters influencing the suspension of particles, such as step frequency and particle size.

Cette étude vise à une meilleure compréhension des phénomènes rencontrés en filtration des aérosols nanométriques, c’est-à-dire inférieurs à 100 nm, neutres et/ou chargés. Pour ce faire, trois différents types de média ont été étudiés : des grilles, en acier et matières synthétiques, des filtres non tissés, en fibres de verre ou polymériques, et des lits granulaires, constitués de billes d’acier ou de zéolithe. Il ressort des résultats expérimentaux obtenus que quel que soit le média testé, l’efficacité de collecte des particules augmente lorsque le diamètre de l’aérosol diminue, et ce jusque 4 nm. Ceci entre en contradiction avec l’approche théorique dite du rebond thermique, développée par Wang et Kasper en 1991, selon laquelle l’efficacité de collecte serait susceptible de diminuer en-dessous de 10 nm. La vérification des calculs de Wang et Kasper permet d’expliquer cette incohérence, et montre, à partir de valeurs plus réalistes de l’énergie d’adhésion particule-fibre, que si le rebond thermique existe, celui-ci ne pourra se manifester qu’en-dessous de 1 nm, au mieux. Ainsi, les perméances expérimentales des différents médias testés ont pu être modélisées en tenant compte des mécanismes de collecte par diffusion et/ou par effets électrostatiques. Une étude originale sur les performances, dans le domaine nanométrique, de filtres en fibres de verre intentionnellement percés complète ce travail. Pour un même média fibreux, la perméance augmente avec le diamètre de perforation réalisée. Par ailleurs, pour une taille de perforation donnée, la perméance devient indépendante du diamètre des particules en-dessous d’une taille limite, fonction de la dimension de la perforation. Il a enfin été mis en évidence que la baisse d’efficacité est d’autant plus importante que la résistance à l’écoulement de l’air du filtre est importante. Un modèle semi-empirique, fondé sur la différenciation du flux d’aérosol traversant la fuite du flux traversant le matelas fibreux résiduel du filtre, permet de bien représenter ces états de fait / This study aims to better understand the mechanisms encountered in nanoparticles aerosol filtration, the particles being charged or not. Three different types of media were studied: stainless steel or synthetics wire screens, unwoven filters in glass or polymer fibres, and at last, granular beds made from steel or zeolite balls. Experimental results show that, whatever the media, collection efficiency increases as the particle diameter decreases down to 4 nm. This point conflicts with the so-called thermal rebound effect developed by Wang and Kasper in 1991, according to which collection efficiency could decrease below 10 nm. The checking of Wang and Kasper’s calculations enables to explain this discrepancy and shows from more probable particle-to-fibre adhesion energy values that if thermal rebound phenomenon exists, it would only be measurable below 1 nm. Then, experimental points can be modelled from both diffusion and electrostatic forces collection mechanisms. An investigation on the filtration behaviour of fibreglass filters in the nanometric domain when intentionally-pierced with calibrated needles completes the above-mentioned works. For a same media, penetration increases as the leak diameter does. On the other hand, for a given hole size, penetration becomes independent of the particle diameter below a critical scale, which is a function of the leak diameter. It was lastly shown that the efficiency of a pierced media decreases all the more that its air flow resistance is higher. A semi-empirical model based on the differentiation between the aerosol flow across the leak and the one through the residual fibrous bed of the filter enables to well represent these points

Ce travail de thèse concerne l'étude de l'écologie microbienne d'un atelier de découpe de viande bovine, dans le but de mieux comprendre la persistance bactérienne, c'est-à-dire, la présence répétée d'un même clone bactérien pendant une longue période malgré l'application bien conduite et régulière du nettoyage et de la désinfection (N-D). Des prélèvements par « chiffonnages » multiples de surfaces d'équipements ont été réalisés lors de trois campagnes de prélèvement espacées les unes des autres d'au moins six mois. Les prélèvements ont été réalisés sur un tapis convoyeur en polychlorure de vinyle (PVC) et sur des machines éplucheuses en acier inoxydable avant et après N-D. Nous avons quantifié les cellules totales (les cellules vivantes et les cellules mortes) par PCR quantitative en temps réel (qPCR), les cellules viables par EMA-qPCR, et les UFC (provenant de cellules cultivables) par dénombrement après incubation à 25°C sur gélose tryptone soja. Les résultats montrent qu'avant N-D, les cellules totales (en moyenne 5,6 – exprimé en log10 cellules/cm2 – sur PVC et 4,7 sur acier inoxydable) sont plus nombreuses que les cellules viables (4,5 sur PVC et 4,4 sur acier inoxydable) lesquelles sont plus nombreuses que les UFC (3,8 sur PVC et 2,9 sur acier inoxydable). Le N-D entraîne moins d'une réduction décimale (RD) des populations à l'exception des UFC sur acier inoxydable qui subissent 1,5 RD en moyenne. Ce dernier chiffre s'explique par des forces d'adhésion faibles. L'étude de la diversité des bactéries cultivables montre que sur un total de 51 genres identifiés, 13 seulement sont retrouvés lors des trois campagnes de prélèvements. Les isolats de ces 13 genres représentent 75, 72 et 62% des isolats des campagnes1, 2 et 3 respectivement. Parmi ces isolats, les plus fréquents sont (par ordre décroissant du nombre d'isolats) : Pseudomonas, Staphylococcus, Microbacterium, Acinetobacter, Chryseobacterium, Psychrobacter et Kocuria. Le génotypage d'isolats de 3 genres majoritaires (Staphylococcus, Pseudomonas et Acinetobacter) montre qu'une seule souche, Staphylococcus equorum, est sans aucun doute persistante. L'ensemble de ces observations montrent que l'écosystème varie d'une campagne à une autre. Ces modifications de la diversité bactérienne reflèteraient les modifications de flores des viandes traitées dans l'atelier, qui ont des origines multiples. En outre, il apparaît que, contrairement à ce qui est généralement admis, les bactéries à coloration de Gram négative cultivables sont plus facilement inactivées par le N-D que les bactéries à coloration de Gram positive. L'étude de l'écosystème par PCR-DGGE a permis d'identifier sept genres bactériens et montre que les espèces dominantes sont toutes sous forme vivante, autrement dit, aucune des espèces dominantes n'a été détectée uniquement sous forme de cellules mortes. Sur les sept genres identifiés six sont des Gram – dont majoritairement les genres Acinetobacter, Pseudomonas et Psychrobacter. Cette dominance montre que le N-D permet une forte perte de cultivabilité des bactéries Gram – mais qu'une grande partie n'est pas détachée. La dominance des bactéries Gram – observée par PCR-DGGE masque les staphylocoques qui ne sont pas détectés alors qu'ils sont majoritaires parmi la flore cultivable. Seul un genre bactérien, Propionibacterium, est identifié par PCR-DGGE uniquement mais il n'est trouvé qu'à une seule campagne et uniquement sur l'acier inoxydable avant N-D. En conclusion, l'avancée majeure de ce travail est la mise en évidence qu'une proportion importante de bactéries survit après les opérations très poussées de N-D mais pour une période transitoire. / The aim of this work is to acquire a better knowledge of the microbial ecology of a beef processing plant to understand bacterial persistence, e.g. the presence of a clone isolated several times on several visits in the same processing plant despite regular Cleaning and disinfection (C&D) procedures. Successive swabbing were performed on a PVC conveyor belt and skinning machines made of stainless steel before and after C&D during three surveys in minimal 6 month-intervals. Total cells (live and dead cells) were quantified using real-time quantitative PCR (qPCR). Viable cells e.g. cells with intact membrane, were assessed using Ethidium Monoazide combined with qPCR. Culturable cells (CFU) were determined from plate counts on Tryptone Soy Agar. Before C&D, total cells (5.6 log cells/cm2 and 4.7 log10 cells/cm2 on PVC and stainless steel respectively) were greater than viable cells (4.5 and 4.4 log10 cells/cm2) and CFUs (3.8 and 2.9 log10 CFU/cm2). C&D lead to less than 1 log10 reduction in bacterial populations except for CFU counts on stainless steel where a 1.5 log reduction is observed. This result is highlighted by the weak attachment strengths observed on stainless steel for CFUs. Identification of the culturable microbiota revealed that out of 51 genera identified, 13 were found at all the visits. These genera represented 75, 72 and 62% of the total isolates. The most frequently identified bacteria were Pseudomonas, Staphylococcus, Microbacterium, Acinetobacter, Chryseobacterium, Psychrobacter and Kocuria. Molecular typing of three dominant genera (Staphylococcus, Pseudomonas and Acinetobacter) showed that only one strain, Staphylococcus equorum, was persistent in the premises. Our results show that the microbial ecosystem is different from one survey to another, which reflect the various geographical origins of meat products. Contrary to widespread belief, Gram negative strains were more easily eliminated by C&D than Gram positive strains. Furthermore, the microbial diversity assessed by PCR-DGGE allowed the identification of 7 genera. This molecular approach showed that dominant species are all in a viable state: none of these species was solely detected in a dead state. Of the 7 genera identified, 6 were Gram negative, Acinetobacter, Pseudomonas and Psychrobacter being predominant. This result highlights that C&D induced the lost of culturability of Gram negative bacteria although a high proportion was not detached from the surface. The predominance of Gram negative microflora, didn’t allow the detection of staphylococcal isolates which were numerous in the culturable microflora. One genus, Propionibacterium, isolated in one survey on stainless steel before C&D was only identified by PCR-DGGE. In conclusion, the present study has demonstrated that a large proportion of bacteria can survive drastic cleaning and disinfection for a transient period.