Emera
EMERA
Plateforme Expérimentale de Mesures de Radioactivité, ce projet est mené en collaboration avec Nicolas Arbor enseignant à la Faculté de Physique & Ingénierie et chercheur à l'IPHC (Institut pluridisciplinaire Hubert Curien,) projet démarré en 2021, pour le développement d'un outil de formation à la radioprotection en réalité virtuelle.
Document réalisé par Thierry Blandet
Le contexte du projet EMERA
Vers un outil de formation à la radioprotection
La radioprotection définit les règles et mesures à prendre pour protéger les travailleurs, les médecins, les patients, le public et l’environnement. La conduite, l’inspection et le contrôle d’installations nucléaires, l’imagerie médicale, l’utilisation de sources de rayonnements ionisants, le transport de matières radioactives, la gestion des déchets radioactifs, le démantèlement des centrales nucléaires sont des domaines dans lesquels les besoins en formations initiales et continues sont importants. Pour cela, la Faculté de Physique & Ingénierie de l’Université de Strasbourg propose deux formations : - une formation en alternance, une licence professionnelle, Métiers de la radioprotection et de la sécurité nucléaire, parcours TNRP(Techniques nucléaires et radioprotection) - un master sciences et technologie, mention physique, parcours PRIDI (Physique des rayonnements, détecteurs, instrumentation et imagerie) A côté des enseignements théoriques, les enseignants mettent en œuvre des outils qui permettent par exemple de simuler des exercices d’exposition aux rayonnements ionisants par utilisation de sources et de capteurs infrarouge. Pour permettre de construire des scénarios élaborés de formation à la radioprotection, pour simuler différents dispositifs et installations, les enseignants-chercheurs souhaitent expérimenter l’utilisation de la réalité virtuelle. Il s’agit de créer des situations de radioprotection dans lesquelles un étudiant aura un objectif à remplir dans un environnement d’exposition spécifique.
EMERA, une application en réalité virtuelle
Les apports de la réalité virtuelle
Les développements de l’application de réalité virtuelle se font dans un moteur de jeu, des composants développés dans nos différentes applications ont été intégrés (déplacements, avatars, interactions, menus, etc.), en liaison avec des applications intégrées ou externes de calcul. L’activité dans les scènes virtuelles peut être guidée et contrôlée par un enseignant superviseur en mode multi-utilisateurs. Des casques de réalité virtuelle Oculus Quest sont utilisés, leurs manettes sont exploitées pour l’interaction. L’interactivité, le contrôle des paramètres, le réalisme des scènes et la pertinence des scénarios doivent permettre de produire un outil de formation convaincant.
La visualisation du champ de rayonnement
Un premier objectif est de permettre à un étudiant de visualiser un champ de rayonnement (débit de dose) dans l’espace 3D (matérialisé par une échelle de couleur) et de réaliser des mesures. A partir des développements réalisés une étude utilisateur sur la meilleure manière de représenter le champ de rayonnement en réalité virtuelle, dans le cadre imposé par la radioprotection (normes, ...) sera menée. Certaines représentations exploitent l’interaction permise par la réalité virtuelle.
Quelques méthodes de visualisation
Cumul au sol
Sous forme de barre au sol
Surface d'isodose
Minimiser la dose reçue
Un deuxième objectif est de mettre en évidence le principe ALARA (As Low As Reasonably Achievable) par la pratique en cherchant à minimiser la dose totale reçue en fonction de : - la distance à la source de rayonnement (positionnement) - la durée de l’exposition (temps) - l’utilisation d’écrans de protection adaptés En fonction de sa position et de ses déplacements dans le champ de rayonnement (rendu visible ou invisible), de la durée d’exposition et des écrans de protection, on calcule la dose totale reçue par l’étudiant, sur tout son corps et sur certaines parties de son corps (tête, bras, …) pendant son travail dans l’environnement virtuel d’exposition. A chaque environnement vont correspondre différents scénarios, avec des sources paramétrables.
Domaines d'application
Domaine médical
Le rayonnement est émis par un générateur de rayons X (tube) placé au centre d’une pièce - La source peut se déplacer dans l’espace (arceau permettant de l’orienter dans 2 directions) - les paramètres modifiables sont : la tension du tube (kV) et l’intensité (mAs) - l’étudiant devra réaliser une série de mesures On propose une activité autour du générateur et du patient, les déplacements de l’étudiant dans la pièce, restitués sur son avatar permettent de calculer en temps réel la dose totale reçue. L’intégration du patient, et tout le processus de mise en œuvre de la protection (dosimètre, port des protections en plomb, écrans de contrôle, normes, etc.) doivent renforcer le réalisme du scénario d’apprentissage dans la réalité virtuelle. La prise en compte du patient et du traitement à appliquer (dose, conséquence sur le champ global, information du patient) participent à cette recherche du réalisme de la simulation.
Domaine industriel
Le rayonnement est émis par une source radioactive qui pourra être positionnée en virtuel à différents endroits d’une pièce (sur une table, dans un coin, …) - l’étudiant devra réaliser un zonage radiologique (délimitation de zones en fonction du débit de dose) dans une salle contaminée - les paramètres modifiables sont : le type de radioéléments (137Cs, 60Co, 241Am, … énergie des rayons gamma) et l’activité de la source On définira également un ou deux domaines d’application par exemple pour le contrôle de soudures par gammagraphie ou pour le traitement par ionisation dans l'industrie agro-alimentaire.