LA POLLUTION RADIOACTIVE EN MILIEU MARIN

Quelques rappels sur le nucléaire

Les éléments radioactifs ou radionucléides

Les radionucléides sont des éléments instables du fait de leur configuration atomique et sont, par-la même radioactifs. Un élément est dit radioactif lorsque son noyau est instable et qu’il relâche spontanément de l’énergie Rayons alpha, bêta, gamma.  La radioactivité  est mesurée en becquerel (Bq) et la dose de radiation est mesurée en millisievert (mSv). Ils émettent trois types de rayonnements ionisants qui sont de trois types. Ce sont soit les rayonnements électromagnétiques (X et g), les émetteurs béta (ß) et les émetteurs alpha (a). Le parcours dans la matière vivante des divers rayonnements variera de quelques fractions de millimètres à plusieurs mètres selon l’énergie du rayonnement (eV), la masse et la charge de la particule. Chaque élément radioactif se désintègre et redevient un élément stable selon une période radioactive qui lui est propre et qui varie d’une fraction de seconde à plusieurs milliers d’années. L’unité de radioactivité est le Becquerel qui correspond à une désintégration par seconde.

La découverte de la radioactivié a été faite par Henri Becquerel en 1896 et la première définition a été élaborée par Marie Curie : “faculté qu’ont certains éléments lourds d’émettre spontanément des rayons”.

Principaux radioéléments, demie-vie et niveau de radioactivité

Les enjeux politiques, biologiques et économiques

La présence de la radioactivité constitue des défis pour la société et des enjeux nombreux.

• Considérations biologiques et santé humaine

• Menace pour le pool génétique

• Médecine nucléaire

• Enjeux économiques

  • Source d’énergie

• Enjeux politiques

• Armes nucléaires

L’origine des radionucléides dans le milieu marin

La contamination radioactive dans les océans : Sources

• Sources naturelles : Radiations solaires, terrestres

• L’origine naturelle est due en particulier aux rayons cosmiques et telluriques et aux radioéléments naturels présents dans le milieu comme le potassium ⁴⁰, le polonium ²¹⁰ ou divers descendants de l’uranium ²³⁸ et du thorium ²³².

• Radioactivité naturelle = 340 pC/ L : Potassium ⁴⁰ (324 pC/ L) Rubidium ⁸⁷ (2,9 pC/ L) Oxyde d ’Uranium (2,2 pC/ L) Thorium, Vanadium ⁵⁰, Indium ¹¹⁵, Lanthane ¹³⁸, Lutécium ¹⁷⁶ …

• Organismes naturellement radioactifs, principalement par le K⁴⁰ et au C¹⁴: Algues : 8 000 pC/ kg poids humides Invertébrés marins : 2 000 pC/ kg Poissons : 250 pC/ kg

• Sources anthropogènes

  • L’origine anthropique est le résultat de plusieurs sources. Tout d’abord, les retombées atmosphériques des explosions des armes atomiques américaines et soviétiques des années 1960, françaises de et chinoises plus récemment. Les principaux radionucléides sont des produits de fission comme le strontium 90 et le césium 137. Une autre source de contamination résulte des accidents survenus près ou dans le milieu marin comme le naufrage de plusieurs sous-marins nucléaires américains et soviétiques, la chute de bombardiers B52 porteurs de bombes thermonucléaires (Thulé, Palomarès), la chute d’un engin spatial (module lunaire d’Apollo 13, Cosmos 954,…) ou des disfonctionnements graves des centrales nucléaires (Tchernobyl) ou d’usines de retraitement (Sellafield et La Hague). La dernière source artificielle des radionucléides dans l’environnement provient de l’utilisation du nucléaire comme source d’énergie et la pollution peut résulter des résidus d’activités anciennes ou des rejets des installations en fonctionnement. Dans le milieu marin ce sont surtout les centrales nucléaires et les usines de retraitement du combustible usé qui déversent directement ou indirectement des radionucléides.

Un rappel d'activités nucléaires comme sources de pollution radioactive

• Retombées atmosphériques des essais nucléaires

  • Bikini, Nevada Eniwetok island, Octobre 1952 Novaya, Zemlya (1995-1962) 100-370 PBq de Sr90 et 560 PBq de Cs137

  • Traité pour le bannissement des essais nucléaires (1963)

• Apport des rivières aux abords d’installations nucléaires

• Rivières Ob, Techa, Yenisey, Lena (vers la mer de Kara et l’océan arctique)

• Accidents nucléaires

• Chernobyl (1986), 100 PBq de Cs137

• Avion B52 (1968) contenant des armes nucléaires

• Sous-marin russe Komsomolets (1989) dans la mer de Norvège contenant un réacteur et 2 torpilles nucléaires

• Déchets nucléaires

• Rejets en mer de déchets radioactifs liquides.

• Sous-marins et réacteurs nucléaires

• Convention de Londres sur le largage de déchets en mer (1972) et nouveaux amendements (1993)

  • La nature et le volume des déchets provenant de l ’exploitation des réacteurs

    • dépendent du type de réacteurs 3 types de déchets :

    • effluents gazeux (CO2, N et gaz rares)

    • effluents liquides (fluides réfrigérants et de décontamination)

    • déchets solides (provenant des réacteurs)

  Une centrale de 1 000 MW crée quelques milliers de m3 de déchets/ an. Un réacteur nucléaire fonctionnant pendant 3 ou 4 ans génère environ 130m3 de déchets liquides radioactifs.

Origine et devenir des résidus radioactifs

• Sous-marins et armes nucléaires coulés

• Cimetière d’armes nucléaires enfouis dans les océans partout dans le monde Ex: flotte russe d’Extrême-Orient

• Retraitement du combustible nucléaire utilisé “spent fuel”

  • Le “spent fuel” est extrêmement radioactif, son retraitement augmente le volume de déchets radioactifs * 160.

  • Seule façon de produire du plutonium pour les armes nucléaires

  • Réutilise le plutonium et/ou uranium non utilisé pour produire du nouveau combustible

  •  Permet de séparer les matières plus radioactives pour les entreposer

  • Utilisation du “spent fuel” dans un nouveau type de réacteur nucléaire (Dounreay, R.U.)

  • Principales centrales de retraitement: Cap La Hague, France, Sellafield, Dounreay, R.U.

• Transport par bateau de matière radioactive

  • Transport des combustibles utilisés vers les usines de retraitement ou les sites d’enfouissement

• Standards internationaux très bas quant à la sécurité des compartiments de stockage

Les pollutions radioactives présentent deux aspects indissolublement liés : contamination et irradiation.

Les voies de contamination

La contamination de la flore et de la faune marines peut être externe ou interne lorsqu’il y a incorporation des radionucléides dans les tissus. Cette incorporation peut être cutanée, branchiale, digestive ou se faire par l’intermédiaire de l’ingestion de nourriture contaminée.

Voies d’exposition

• Ingestion,

• inhalation,

• dépôt sur la peau

• Contamination le long de la chaîne alimentaire

Effets des radiations sur le corps humain

• Irradiation générale à forte dose:

  • modifications de la formule sanguine, troubles digestifs

• Irradiation partielle à forte dose:

  • stérilisation, arrêt de la production hormonale, organes sensibles: peau, oeil, thyroïde, poumons, muqueuses digestives, trouble du développement du foetus

• Effets tardifs:

  • effets cancérigènes, effets génétiques (mutations chromosomiques, mutations géniques)

Impacts écologiques de la contamination radioactive

• Algue brune Fucus Serratus est un bon bio-indicateur de la distribution de la radioactivité artificielle

• Différents radionucléides ne sont pas bioaccumulés de façon identique par les espèces marines

• Selon l’espèce, les radioéléments se fixent de façon plus sélective dans certains organes ou tissus

• Voies d’expositions: branchiale, digestive, transcutanée

  • Poissons: césium principalement accumulé, impact sur la taille et le poids

  • Mollusques, crustacés: c"est le plutonium qui est principalement accumulé

L’organotropisme et l’élimination ou période biologique

Un radionucléide pourra être stocké dans des organes privilégiés (organotropisme) et sera éliminé plus ou moins rapidement (période biologique ou demi-vie biologique).

Le concept de facteur de concentration (FC) et le concept de coefficient de distribution (Kd)

Le facteur de concentration (FC) est le rapport entre la concentration du radionucléide dans l’organisme et celle dans l’eau. La répartition du radionucléide entre la phase soluble et la phase solide (sédiment, sol) est généralement exprimée par un coefficient de distribution (Kd) qui tient compte du rapport entre la radioactivité des deux phases et du volume de la phase aqueuse et de la masse de solide.

Les voies d’irradiation

Dans l’environnement marin, la contamination du milieu physique (eau et sédiment) est responsable d’une irradiation externe des organismes. L’irradiation interne trouve son origine soit dans la contamination interne par incorporation des radionucléides, soit par la présence d’un contenu digestif contaminé.

L'évaluation du risque

• Sévérité du risque lié à l’exposition des radionucléides dépend de la durée de l’exposition, de la dose, du risque associé à la santé

• Types de dose associés aux mammifères terrestres: Cs134, Cs137, Ra226, Pb210, Po210, Th232, U235

• Types de dose associés aux produits aquatiques: Th228, Th230, U234, U238

  • Th228, U234, U238 associés aux mammifères marins

• Impacts économiques pour la pêche commerciale et sportive (Shetlands)

• Surveillance de l’environnement autour des sites à risque (air, eaux, production animale et végétale, sédiments)

• Entreposage sécuritaire et monitoring

• Standards internationaux de sécurité à améliorer (transport et rejets en mer)

• Arrêt de la fabrication des armes nucléaires

• Recherche et développement de technologies de traitement moins dangereuses (énergie renouvelable)

• Éducation et participation du public à la prise de décision

Pour en savoir plus

http://www.ipsn.fr/missions_environnement.html

http://paprika.saclay.cea.fr/infos/html/infos5.htm

Illustrations:

Principaux modes de contamination et d'irradiation des organismes aquatiques.

Dans la contamination radioactive, il existe une contamination externe (principalement due aux adsorptions cutanée et branchiale) et une contamination interne résultant soit d'une absorption cutanée, branchiale ou digestive, soit d'une ingestion de nourriture contaminée. De la même façon, il est classique de distinguer une irradiation externe et une irradiation interne. (Figure extraite de Amiard-Triquet & Amiard, 1980).

(Radioécologie des milieux aquatiques, Amiard-Triquet et J.C. Amiard, p 2)

Cycle biogéochimique des radionucléïdes dans les milieux aquatiques 

(Radioécologie des milieux aquatiques, Amiard-Triquet et J.C. Amiard, p 4)

Les diverses possibilités de contamination de l'hydrosphère à partir d'une source de pollution radioactive.

L'hydrosphère peut être contaminé selon diverses possibilités qui sont principalement les précipitations depuis l'atmosphère, le lessivage des sols pollués, la lixiviation des déchets et les rejets liquides directs. (Figure extraite de Amiard-Triquet & Amiard, 1980). (Radioécologie des milieux aquatiques, Amiard-Triquet et J.C. Amiard, p 29)

Sources : 

Amiard-Triquet C. & Amiard J.-C., 1980. Radioécologie des milieux aquatiques. Masson, Paris, 191 p.

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