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Milieu récepteur des rejets liquides des installations et des apports éventuels par les eaux de ruissellement, l’eau est le vecteur direct de la contamination des composants du milieu aquatique continental et marin (faune, flore, sédiments).
Les eaux peuvent transporter les radionucléides, sous forme dissoute ou associés aux particules en suspension, sur de longues distances. La radioactivité de l’eau peut ainsi être transférée au milieu vivant (plantes et poissons) ou dans les sédiments.
Les principaux phénomènes à l’origine de la présence de radionucléides artificiels dans le milieu aquatique sont les retombées des tirs expérimentaux d’armes nucléaires et les retombées de l’accident de Tchernobyl. S’y ajoutent, à un degré moindre, les effluents radioactifs des usines de retraitement du combustible irradié ainsi que les rejets des centrales nucléaires, des centres de recherche et des hôpitaux.
La radioactivité dans l'eau
Informations
Les radionucléides présents dans l’air, se déposent sur les sols et les sédiments, migrent dans les chaînes alimentaires et peuvent atteindre l’homme. Les particules et les gaz radioactifs présents dans l’air délivrent une dose à l’homme par irradiation externe, mais également par irradiation interne pour les particules inhalées (aérosols).
La radioactivité actuelle de l’environnement résulte de la présence de « radionucléides naturels » présents sur la Terre depuis sa création et de « radionucléides artificiels », introduits par l’homme à partir du milieu du 20ème siècle ; certains de ces radionucléides ayant la double origine, naturelle et anthropique.
LA RADIOACTIVITE NATURELLE DE L’AIR
Le radon (222Rn) est le principal gaz radioactif d’origine naturelle mesuré dans l’environnement. La radioactivité naturelle de l’air est essentiellement due à ce gaz, produit partout à la surface de la terre à partir de l’uranium contenu dans les sols. L’émission vers l’atmosphère dépend de deux facteurs : les conditions météorologiques et les propriétés des sols et des roches. Cette composante la plus importante de l’exposition naturelle est très variable. Elle dépend de la richesse du sol en uranium 238, de la porosité du sol, des matériaux de construction et de la ventilation de l’habitat qui concentre par confinement la diffusion du gaz radon. Ce gaz, ainsi que les produits qui en dérivent, se fixe dans les voies respiratoires. La moyenne des mesures de radon effectuées en France est de 90 Bq/m3.
Près de 70 radionucléides naturels constituent l’essentiel de la radioactivité de l’environnement. Certains de ces radionucléides sont créés en permanence dans la haute atmosphère sous l’effet du rayonnement cosmique : tritium, carbone 14, krypton 85, béryllium 7 et sodium 22. Le béryllium 7, formé dans l’atmosphère, est un des principaux radionucléides naturels détectés dans l’air (1 à 10 Bq/m3).
Ces radionucléides sont à l’origine d’une exposition annuelle moyenne de l’ordre de 0,4 mSv, mais qui est plus forte à de hautes altitudes, où l’atmosphère est moins épaisse.
LA RADIOACTIVITE ARTIFICIELLE DE L’AIR
Les radionucléides artificiels présents dans l’air ont principalement pour origine les retombées des essais atmosphériques d’armes nucléaires (entre 1945 et 1980), la remise en suspension des retombées issues de l’accident de Tchernobyl, et les centrales nucléaires qui, en fonctionnement normal, rejettent des produits radioactifs dans l’air. Durant les retombées des essais atmosphériques d’armes nucléaires et l’accident de Tchernobyl, l’air a constitué le principal vecteur de contamination de l’environnement jusqu’à la chaîne alimentaire.
Les principaux radionucléides artificiels mesurés dans l’atmosphère sont : le tritium, le carbone 14, le strontium 90, le césium 137, les isotopes du plutonium (238Pu, 239Pu, 240Pu et 241Pu), ainsi que l’américium 241. Aujourd’hui, il est de plus en plus difficile d’observer des niveaux supérieurs aux limites de détection des appareillages pour ces radionucléides désormais présents à l’état de traces dans l’atmosphère. Ces niveaux d’activités sont de l’ordre de 0,1 Bq/m3 pour le carbone 14, de 0,01 Bq/m3 pour le tritium et le xénon 133, et de 1 Bq/m3 pour le Krypton 85. Les autres radionucléides artificiels transportés par les aérosols (césium 137, strontium 90 et les isotopes du plutonium) se situent en-deçà de 0,000001 Bq/m3 (soit 1 µBq/m3).
A proximité des installations nucléaires françaises, l’activité mesurée pour certains radionucléides est parfois supérieur au bruit de fond en raison des effluents gazeux rejetés. Les effluents gazeux rejetés par ces installations, en fonctionnement normal sont :
- des produits d’activation : le tritium et le carbone 14 ;
- des produits de fission : des gaz rares (principalement le xénon et le krypton), des gaz halogènes (principalement l’iode).
Etant donnée leurs interactions avec l’environnement et les tissus vivants (végétaux, animaux, corps humain), les conditions de rejet de certains gaz tels que le tritium et le carbone 14 sont très précisément contrôlées et limitées.
Le tritium et le carbone 14 figurent parmi les radionucléides les plus rejetés par l’industrie nucléaire. Si la plupart des installations nucléaires marquent leur environnement en carbone 14 de manière légère mais visible, certains sites nucléaires français présentent des activités en tritium qui sortent du bruit de fond (ex : Valduc, Marcoule, La Hague et Brennilis).
Le Krypton 85 et le Xénon 133 sont deux gaz rares radioactifs qui ne sont présents que dans l’air dont ils constituent l’essentiel de la radioactivité artificielle. Comme le tritium et le carbone 14, le krypton 85 a une double origine : naturelle cosmogénique et anthropique. Son origine anthropique est multiple, aussi bien les retombées des essais d’armes nucléaires ou de l’accident de Tchernobyl que les rejets des installations nucléaires, plus particulièrement celles de traitement du combustible nucléaire usé (La Hague en France). Le Xénon 133 est quant à lui rejeté par les centrales électronucléaires et les installations de traitement du combustible usé.
Les radionucléides présents dans l’air, se déposent sur les sols, migrent dans les chaînes alimentaires et peuvent atteindre l’homme. Les sols contiennent aujourd’hui l’essentiel du stock de radioactivité issue des retombées des essais atmosphériques d’armes nucléaires, et constituent aujourd’hui la principale source qui alimente toutes les composantes de l’environnement, notamment la faune, la flore et la chaîne alimentaire.
Les matrices animales sont analysés afin d’augmenter les connaissances sur la chaîne alimentaire, et pour leur importance en matière de radioprotection de l’homme. De par leur mode de vie et leur alimentation, certains animaux sont susceptibles de présenter des concentrations en radionucléides plus élevées, notamment les espèces aquatiques.
Le volume de données disponibles pour les végétaux est plus important car, qu’elles soient présentes en milieu aquatique ou terrestre, ces espèces sont en règle générale d’excellents bioindicateurs des pollutions véhiculées par les masses d’eau ou d’air. Les mousses aquatiques ou terrestres, les algues, l’herbe, permettent de détecter l’impact des rejets d’une installation nucléaire alors que les mêmes mesures réalisées sur des constituants de l’environnement consommés par l’homme ne permettent pas d’identifier la présence de radioéléments artificiels ou naturels.
LA RADIOACTIVITE NATURELLE PRESENTE DANS LES ESPECES ANIMALES ET VEGETALES
La radioactivité naturelle présente dans les espèces animales et végétales résulte principalement du potassium 40. Les radionucléides créés dans l’atmosphère (radionucléides cosmogéniques) sont également présents (tritium, carbone 14, béryllium 7). Les autres radionucléides naturels, présent notamment dans les espèces végétales sont des éléments appartenant aux chaînes de désintégration de l’uranium 238, de l’uranium 235 et du thorium 232.
Les algues contiennent entre 100 et 450 Bq/kg frais de potassium 40, les crustacés et les mollusques entre 50 et 200 Bq/kg frais et les poissons entre 20 et 400 Bq/kg frais. La radioactivité évolue selon les cycles annuels propres à chaque organisme. Ainsi la radioactivité due au potassium 40 chez les algues brunes comme le fucus est maximale en hiver (en moyenne 320 Bq/kg frais) et minimale en été (en moyenne 160 Bq/kg frais). Des variations d’un facteur 2 à 3 peuvent exister entre les concentrations en radionucléides naturels chez des échantillons d’une même espèce prélevés en des lieux différents ou à des époques différentes. Les organismes marins concentrent le polonium 210 en quantités relativement importantes. Les concentrations en polonium 210 sont 50000 fois supérieures à celles de l’eau pour les crustacés, 10000 fois supérieures pour les mollusques et 2000 fois pour les poissons. Ce radionucléide étant un émetteur alpha, il contribue majoritairement à la dose d’irradiation naturelle du fait de la consommation de produits de la mer. Les parties consommables des moules peuvent contenir 10 à 120 Bq/kg frais de polonium 210.
Chez les végétaux terrestres, les radioéléments naturels prédominants sont le potassium 40 en raison de la teneur en potassium stable des végétaux et le béryllium 7 représentatif des dépôts (secs ou humides) de l’atmosphère. Chez les plantes aquatiques, la prédominance du potassium 40 est encore plus accentuée notamment chez les algues. Le plomb 210 est un des radionucléides naturels les plus mesurés dans les végétaux, avec des écarts de concentration d’un facteur 7 à 8 entre les roseaux et les ajoncs d’une part et les mousses aquatiques d’autre part. Des différences de concentration pour un isotope naturel donné peuvent aussi apparaître entre deux espèces voisines d’algues par exemple.
LA RADIOACTIVITE DANS LE COMPARTIMENT BIOLOGIQUE ANIMAL
Le césium 137 est le principal radionucléide artificiel mesuré dans la viande. Les transferts de radioactivité dans la viande des animaux sont dus essentiellement à la présence de radionucléides dans la nourriture (herbe, fourrage) et dans l’eau d’abreuvement. C’est la raison pour laquelle la viande de gibier est également analysée car ces animaux ont des modes de vie et de consommation différents du cheptel (consommation de faune souterraine, de baies, …) conduisant à une accumulation plus importante de radioactivité.
Les animaux aquatiques (poissons, mollusques, crustacés) font l’objet de mesures de radioactivité plus fréquentes que pour les animaux terrestres. En effet, l’intérêt de mesurer la radioactivité des poissons est multiple. Leur position en fin de chaîne alimentaire en fait de bons intégrateurs des radionucléides qui peuvent être transférés directement par l’eau ou indirectement par leur nourriture. Ensuite, ils sont régulièrement consommés par l’homme, à l’image des crustacés et des mollusques qui, de par leur mode de nutrition, constituent également de bons bioindicateurs de la radioactivité, qu’ils soient filtreurs ou brouteurs.
Les radionucléides d’origine artificielle détectés dans les muscles des poissons des cours d’eau sont le césium 137, le strontium 90, les isotopes du plutonium et, plus rarement, l’américium 241. Le césium 137 actuellement observé dans les poissons des cours d’eau français provient principalement de la rémanence dans les sols et alluvions des dépôts des retombées atmosphériques globales et de l’accident de Tchernobyl. Les activités en plutonium 239+240 dans les poissons varient de quelques 0,0001 à quelques 0,001 Bq/kg sec en fonction de la fraction analysée.
Les radionucléides artificiels mesurés dans des mollusques filtreurs (patelles, moules) prélevés à proximité de l’usine de La Hague sont le cobalt 60 (0,15 Bq/kg frais) et certains transuraniens (plutonium 238, plutonium 239+240, américium 241). Ces radionucléides sont caractéristiques des rejets d’effluents liquides de cette usine de traitement de combustible usé.
LA RADIOACTIVITE DANS LE COMPARTIMENT BIOLOGIQUE VEGETAL
Le principal radionucléide artificiel mesuré dans les végétaux aquatiques est le césium 137. A l’est du territoire français, les activités en césium 137 dans les mousses aquatiques collectées sont environ 2 fois supérieures à celles observées dans les mousses de l’ouest du territoire (en moyenne 4 Bq/kg sec à l’est, et 2 Bq/kg sec à l’ouest).
Le cobalt 58, le cobalt 60, le manganèse 54, le strontium 90 et l’iode 131 sont également parfois mesurés dans les végétaux aquatiques. Les isotopes 238, 239 et 240 du plutonium, introduits dans les eaux des cours d’eau via le drainage des sols marqués par les retombées atmosphériques globales, sont mesurés dans les mousses aquatiques des cours d’eau français. La présence et les niveaux d’activité d’iode 131 mesurés dans certains cours d’eau français sont fortement liés aux rejets des activités médicales.
Au-delà du fait que les algues marines entrent dans la composition de produits consommés par l’homme (alginates), ces organismes intègrent les variations de la radioactivité de l’eau et représentent donc un bon indicateur biologique de l’évolution de la concentration d’un polluant. Les radionucléides artificiels mesurés dans les algues prélevées à proximité de l’usine de la Hague sont le plutonium 238, le plutonium 239+240, l’américium 241, le cobalt 60 et l’iode 129, caractéristiques des rejets d’effluents liquides de cette usine.
Sous l’influence de rejets industriels de certaines installations nucléaires (usine de La Hague, centres de recherche, centres nucléaires de production d’électricité), des activités plus élevées en tritium et carbone 14 peuvent être mesurées dans les végétaux terrestres (salades) et aquatiques.
CAS DES PRODUITS ALIMENTAIRES
Les mesures de radioactivité réalisées sur les produits alimentaires portent généralement sur le lait et les produits laitiers, les poissons et les mollusques ainsi que sur les principales productions agricoles (céréales, légumes, fruits, vin) et animalières régulièrement consommées par la population. La radioactivité des champignons est également mesurée car ils concentrent aisément certains radionucléides. Une grande partie des produits alimentaires faisant l’objet de mesures régulières sont sélectionnés pour leur capacité de captation et de fixation de la radioactivité. Ils permettent ainsi de détecter une accumulation éventuelle de radioactivité et peuvent aussi constituer des indicateurs de contamination en cas d’accident. Ils présentent un risque de contamination interne après consommation.
Les produits alimentaires sont analysés afin d’augmenter les connaissances sur la chaîne trophique (suite d’être vivants dans laquelle chacun se nourrit de celui qui le précède). Les produits alimentaires, liquides ou solides, transformés ou non, sont prélevés en fonction des productions et de l’économie locale.
Les végétaux, qui sont à la base de la chaîne alimentaire terrestre, peuvent être contaminés soit par dépôt sur leur feuillage des aérosols radioactifs contenus dans l’air ou dans l’eau de pluie, soit par absorption via les racines de radionucléides présents dans les sols. La prépondérance du transfert foliaire sur le transfert racinaire implique que, durant la période des retombées des essais nucléaires, l’évolution de la contamination des végétaux a suivi celle de l’air. Les légumes, dont on consomme tout ou partie des feuilles et qui interceptent les dépôts, comme les salades ou les épinards, sont alors les denrées agricoles les plus contaminées. Seule une partie des radionucléides interceptés par les feuilles étant transférée aux fruits, grains ou racine, ceux-ci sont de ce fait moins marqués.
Compte-tenu de leurs différentes capacités de captation et de fixation des radionucléides, les légumes-feuilles (salades), les plus sensibles aux dépôts directs, sont prélevés préférentiellement. Mais des mesures sont également réalisées sur les fruits et les céréales en fonction des productions locales. Dans les salades et les céréales, les principaux radionucléides artificiels mesurés sont le césium 137, le strontium 90 et les isotopes du plutonium. Ces radionucléides proviennent de la rémanence des retombées des essais atmosphériques d’armes nucléaires et de l’accident de Tchernobyl. Sous l’influence de rejets industriels de certaines installations nucléaires, des activités plus élevées peuvent être mesurées. C’est notamment le cas du tritium autour de l’usine de La Hague ou du centre de recherche de Valduc, et du carbone 14 pour La Hague et les centres nucléaires de production d’électricité.
Les champignons et certaines plantes (ex : thym) constituent d’excellents indicateurs biologiques (bioindicateurs) permettant de détecter une accumulation de radioactivité due au transfert par les racines (ou le mycélium). Bien qu’ils ne soient pas des composants essentiels de la ration alimentaire, ils sont susceptibles de jouer un rôle significatif dans l’incorporation de radionucléides par l’homme.
Les transferts de radioactivité dans le lait et les produits laitiers ont pour origine principale la présence de radionucléides dans les plantes fourragères consommées par les animaux. Elément terminal de la chaîne alimentaire menant à l’homme, le lait constitue un vecteur important de radionucléides (césium, strontium, iode,…). En règle générale, les prélèvements de lait, effectués dans le cade de la surveillance des installations nucléaires, sont réalisés dans des exploitations agricoles situées sous les vents dominants, c’est-à-dire dans une zone exposée aux rejets atmosphériques de ces installations.
Les radionucléides présents dans l’air, se déposent sur les sols et les sédiments, migrent dans les chaînes alimentaires et peuvent atteindre l’homme. Les particules et les gaz radioactifs présents dans l’air délivrent une dose à l’homme par irradiation externe, mais également par irradiation interne pour les particules inhalées (aérosols).
La radioactivité actuelle de l’environnement résulte de la présence de « radionucléides naturels » présents sur la Terre depuis sa création et de « radionucléides artificiels », introduits par l’homme à partir du milieu du 20ème siècle ; certains de ces radionucléides ayant la double origine, naturelle et anthropique.
LA RADIOACTIVITE NATURELLE DE L’AIR
Le radon (222Rn) est le principal gaz radioactif d’origine naturelle mesuré dans l’environnement. La radioactivité naturelle de l’air est essentiellement due à ce gaz, produit partout à la surface de la terre à partir de l’uranium contenu dans les sols. L’émission vers l’atmosphère dépend de deux facteurs : les conditions météorologiques et les propriétés des sols et des roches. Cette composante la plus importante de l’exposition naturelle est très variable. Elle dépend de la richesse du sol en uranium 238, de la porosité du sol, des matériaux de construction et de la ventilation de l’habitat qui concentre par confinement la diffusion du gaz radon. Ce gaz, ainsi que les produits qui en dérivent, se fixe dans les voies respiratoires. La moyenne des mesures de radon effectuées en France est de 90 Bq/m3.
Près de 70 radionucléides naturels constituent l’essentiel de la radioactivité de l’environnement. Certains de ces radionucléides sont créés en permanence dans la haute atmosphère sous l’effet du rayonnement cosmique : tritium, carbone 14, krypton 85, béryllium 7 et sodium 22. Le béryllium 7, formé dans l’atmosphère, est un des principaux radionucléides naturels détectés dans l’air (1 à 10 Bq/m3).
Ces radionucléides sont à l’origine d’une exposition annuelle moyenne de l’ordre de 0,4 mSv, mais qui est plus forte à de hautes altitudes, où l’atmosphère est moins épaisse.
LA RADIOACTIVITE ARTIFICIELLE DE L’AIR
Les radionucléides artificiels présents dans l’air ont principalement pour origine les retombées des essais atmosphériques d’armes nucléaires (entre 1945 et 1980), la remise en suspension des retombées issues de l’accident de Tchernobyl, et les centrales nucléaires qui, en fonctionnement normal, rejettent des produits radioactifs dans l’air. Durant les retombées des essais atmosphériques d’armes nucléaires et l’accident de Tchernobyl, l’air a constitué le principal vecteur de contamination de l’environnement jusqu’à la chaîne alimentaire.
Les principaux radionucléides artificiels mesurés dans l’atmosphère sont : le tritium, le carbone 14, le strontium 90, le césium 137, les isotopes du plutonium (238Pu, 239Pu, 240Pu et 241Pu), ainsi que l’américium 241. Aujourd’hui, il est de plus en plus difficile d’observer des niveaux supérieurs aux limites de détection des appareillages pour ces radionucléides désormais présents à l’état de traces dans l’atmosphère. Ces niveaux d’activités sont de l’ordre de 0,1 Bq/m3 pour le carbone 14, de 0,01 Bq/m3 pour le tritium et le xénon 133, et de 1 Bq/m3 pour le Krypton 85. Les autres radionucléides artificiels transportés par les aérosols (césium 137, strontium 90 et les isotopes du plutonium) se situent en-deçà de 0,000001 Bq/m3 (soit 1 µBq/m3).
A proximité des installations nucléaires françaises, l’activité mesurée pour certains radionucléides est parfois supérieur au bruit de fond en raison des effluents gazeux rejetés. Les effluents gazeux rejetés par ces installations, en fonctionnement normal sont :
- des produits d’activation : le tritium et le carbone 14 ;
- des produits de fission : des gaz rares (principalement le xénon et le krypton), des gaz halogènes (principalement l’iode).
Etant donnée leurs interactions avec l’environnement et les tissus vivants (végétaux, animaux, corps humain), les conditions de rejet de certains gaz tels que le tritium et le carbone 14 sont très précisément contrôlées et limitées.
Le tritium et le carbone 14 figurent parmi les radionucléides les plus rejetés par l’industrie nucléaire. Si la plupart des installations nucléaires marquent leur environnement en carbone 14 de manière légère mais visible, certains sites nucléaires français présentent des activités en tritium qui sortent du bruit de fond (ex : Valduc, Marcoule, La Hague et Brennilis).
Le Krypton 85 et le Xénon 133 sont deux gaz rares radioactifs qui ne sont présents que dans l’air dont ils constituent l’essentiel de la radioactivité artificielle. Comme le tritium et le carbone 14, le krypton 85 a une double origine : naturelle cosmogénique et anthropique. Son origine anthropique est multiple, aussi bien les retombées des essais d’armes nucléaires ou de l’accident de Tchernobyl que les rejets des installations nucléaires, plus particulièrement celles de traitement du combustible nucléaire usé (La Hague en France). Le Xénon 133 est quant à lui rejeté par les centrales électronucléaires et les installations de traitement du combustible usé.
Milieu récepteur des rejets liquides des installations et des apports éventuels par les eaux de ruissellement, l’eau est le vecteur direct de la contamination des composants du milieu aquatique continental et marin.
Les fleuves et les rivières sont les vecteurs privilégiés de matière minérale (sous forme dissoute ou particulaire). Actuellement, à l’échelle globale, les fleuves contribuent pour près de 90% aux transferts de matière à l’océan, le reste venant des glaciers et des eaux souterraines. Les systèmes aquatiques de surface sont le réceptacle des eaux, qu’elles proviennent du ruissellement ou de l’infiltration des précipitations (pluie, neige, rosée, brouillards).
Les concentrations en éléments dissous dans les cours d’eau ont pour origine les apports atmosphériques et l’altération des roches des bassins versants. L’érosion mécanique, générée par l’action de l’eau s’écoulant à la surface d’un bassin versant, se traduit par le transport de particules arrachées par la pluie. Les berges, le lit et la plaine d’inondation des cours d’eau constituent également des sources de radioactivité dans les eaux via l’apport de terres.
La qualité des eaux dépend des niveaux de contamination des sols mais aussi et surtout des propriétés, natures et caractéristiques intrinsèques tant des sols que des éléments contaminants. Parallèlement à ces apports terrigènes, les cours d’eau sont également soumis, de manière autorisée ou accidentelle, aux rejets d’effluents liquides plus ou moins chargés en éléments polluants, ou pour le moins en éléments indésirables car potentiellement contaminants, après utilisation des ressources en eau par l’homme.
La radioactivité présente dans l’eau ne reflète que partiellement la nature géologique des terrains traversés, tout dépend du caractère chimique de l’eau (elle est d’autant moins minéralisée que son pH est fort) et du degré de solubilité des radionucléides.
LA RADIOACTIVITE NATURELLE DES EAUX
Les radionucléides naturels rencontrés dans les eaux sont d’origine cosmique (créés dans l’atmosphère) ou tellurique (présents dans les sols). La réaction la plus importante est celle à l’origine de la formation du carbone 14 à partir de l’azote atmosphérique. Une autre réaction dans l’atmosphère conduit à la formation de tritium présent sous forme de vapeur d’eau tritiée qui est entraînée vers les sols par les précipitations. Le carbone 14 et le tritium, synthétisés en continu dans la haute atmosphère, s’intègrent au cycle biologique normal.
Les eaux de surface sont naturellement très peu radioactives (autour de 1 Bq/l), les eaux minérales le sont plus (de 2 à 4 Bq/l). On y retrouve le potassium 40, l’uranium 238 et quelques uns de ses descendants : le radium 226, le plomb 210 et le polonium 210. La radioactivité naturelle des eaux de nappes est de l’ordre de 0,4 Bq/l à l’échelle du territoire français, le potassium 40 et les familles de l’uranium 238 et du thorium 232 se partageant la radioactivité naturelle des eaux en proportions quasi similaires.
La radioactivité des cours d’eau dépend de la concentration en matières en suspension. La Loire est le fleuve présentant les plus fortes valeurs de radioactivité naturelle en raison des régions particulièrement uranifères traversées par son bassin versant. En fonction de sa concentration en matières en suspension, la radioactivité naturelle des eaux du Rhône peut varier de 0,12 à 1,6 Bq/l.
L’eau de mer présente une radioactivité naturelle totale de l’ordre de 13,5 Bq/l, issue principalement du potassium 40. Les autres radionucléides naturels présents sont le rubidium 87 et les descendants des chaînes de décroissance radioactive des uraniums et thoriums naturels.
Les radionucléides naturels représentent une contribution conséquente de la dose à laquelle l’homme est exposé en cas d’ingestion, en référence aux radionucléides artificiels présents dans les eaux.
Certaines activités telles que les activités minières d’extraction de l’uranium sont à l’origine de perturbation du cycle biogéochimique des radioéléments naturels. L’extraction et le traitement de minerais d’uranium peut ainsi générer une radioactivité naturelle renforcée dans l’environnement des sites miniers, et notamment dans le compartiment aquatique.
LA RADIOACTIVITE ARTIFICIELLE DES EAUX
Les principaux phénomènes ayant entraîné une contamination durable des eaux par des radionucléides artificiels sont les retombées des tirs expérimentaux d’armes nucléaires et les retombées de l’accident de Tchernobyl. S’y ajoutent, à un degré moindre, les effluents radioactifs des usines de retraitement du combustible irradié ainsi que les rejets des centrales nucléaires, des centres de recherche et des hôpitaux.
Les retombées des 423 essais d’armes atomiques réalisés dans l’atmosphère entre 1945 et 1980 sont à l’origine de la plus grande partie de la radioactivité artificielle mesurée dans le milieu aquatique marin et continental. Cette contamination des eaux superficielles en tritium, césium 137, strontium 90 et ruthénium 106, pour ne citer que les principaux radionucléides dispersés, a été très étendue mais la part introduite dans les eaux est restée faible. Il en est de même pour les retombées de l’accident de Tchernobyl dont la majorité des produits de fission est retombée à proximité, en Biélorussie, en Ukraine et en Russie.
Les installations nucléaires implantées en France sur le territoire français sont autorisées à rejeter des effluents liquides de faible radioactivité dans les systèmes aquatiques. Les rejets liquides des centrales nucléaires sont constitués par le tritium, l’argent 110m, le cobalt 58, le cobalt 60, l’antimoine 124, le Césium 137, le césium 134, le Nickel 63, l’Antimoine 125, le Tellure 123m, l’iode 131 et le Manganèse 54. L’usine de traitement des combustibles de La Hague rejette dans la Manche des effluents dont la composition isotopique et les activités sont différentes. Le tritium constitue la grande majorité de l’activité rejetée. Les autres radionucléides sont le ruthénium et le rhodium 106, l’antimoine 125, le strontium 90, le césium 137, le césium 134 et des émetteurs alpha avec notamment les plutoniums 238, 239 et 240 et l’américium 241. D’autres radionucléides artificiels sont parfois mesurés dans les milieux aquatiques sous influence des rejets hospitaliers : le technétium 99 et l’iode 131.
Hormis pour le tritium qui est fréquemment mesuré à proximité de ces installations, la détection de ces radionucléides dans l’eau est rare et présente des niveaux proches des limites de détection (oscillant généralement entre 0,1 Bq/l et 0,0001 Bq/l en fonction des radionucléides recherchés et des appareils de mesure utilisés). C’est pourquoi, outre des prélèvements d’eau, d’autres types d’échantillons sont prélevés dans le milieu aquatique. Ces échantillons, appelés bioindicateurs, facilitent la mesure de la radioactivité en raison de leur capacité à fixer certains radionucléides. Les mesures réalisées sur les sédiments, les matières en suspension, les végétaux aquatiques, les poissons et les mollusques permettent ainsi de mettre en évidence la présence sporadique de ces radionucléides artificiels, mais également à des niveaux souvent proches des limites de détection.
Produit naturellement dans l’atmosphère et provenant des retombées des tirs, le tritium et le carbone 14 figurent parmi les radionucléides les plus rejetés par l’industrie nucléaire. A l’échelle de la France, la répartition du carbone 14 et du tritium est assez homogène. L’hétérogénéité des retombées des essais nucléaires est sans doute masquée par la composante naturelle prédominante qui est, pour sa part, très homogène. Les concentrations dans l’eau de rivière oscillent en moyenne entre 0,01 et 0,03 Bq de carbone 14 par litre. La radioactivité en tritium des eaux de surface est comprise entre 0,1 et 0,9 Bq par litre. En France, les teneurs en tritium des eaux de surface et de nappe dépassent rarement 10 Bq/l même si elles grimpent localement et ponctuellement jusqu’à 20 Bq/l, voire plus. En effet, si la plupart des installations nucléaires marquent le milieu aquatique en carbone 14 de manière légère mais mesurable, seuls les environs de quelques sites nucléaires français présentent des activités en tritium qui sortent nettement du bruit de fond, dans une fourchette comprise entre 20 et 200 Bq/l : Valduc, Marcoule, La Hague, Saclay, Bruyères-le-Châtel et Brennilis. Près de l’usine de retraitement de La Hague, la mer contient de 3 à 30 Bq/l malgré la forte capacité de dilution du tritium. Enfin, le tritium est, ou a été, rejeté par certaines industries qui l’utilisent pour sa luminescence dans les aiguilles de montres ou certains panneaux de signalisation. Le Rhône est ainsi marqué en tritium par les rejets de l’industrie horlogère suisse.
CAS PARTICULIER DES EAUX DE PLUIE
Les gouttelettes d’eau formées par condensation dans l’atmosphère contiennent des aérosols (particules micrométriques Les présentes dans l’air). Si ces aérosols sont contaminés, les gouttelettes le sont également. Lors de leur chute, ces gouttelettes précipitent au sol les aérosols qui se trouvent sur leur trajectoire. Cette épuration de l’air par chargement de l’eau de pluie est très efficace : pour une contamination de l’air de 1 Bq/m3, la contamination de l’eau de pluie est de l’ordre de 1000 Bq/l. L’activité de l’eau de pluie est donc directement liée à celle de l’air et son évolution au cours des 50 dernières années est donc allée de pair avec celle de l’air. Ainsi, l’activité de l’eau de pluie en France (tous radionucléides artificiels confondus) a pu dépasser 1000 Bq/l en 1963, et pendant la période du 1er au 5 mai 1986.
Aujourd’hui, seul le césium 137 est régulièrement mesuré dans l’eau de pluie à un niveau de l’ordre de 0,00001 à 0,0001 Bq/l. Le césium 137 mesuré dans l’eau de pluie a principalement pour origine les retombées des tirs expérimentaux d’armes nucléaires et les retombées de l’accident de Tchernobyl. A proximité de certains centres d’études nucléaires (Saclay, Valduc), des activités volumiques significatives en tritium sont régulièrement mesurées dans les eaux de pluie collectées à proximité. Ce marquage a pour origine les effluents gazeux rejetés par des installations dans l’atmosphère.
Les radionucléides présents dans l’air, se déposent sur les sols et les sédiments, migrent dans les chaînes alimentaires et peuvent atteindre l’homme. Les particules et les gaz radioactifs présents dans l’air délivrent une dose à l’homme par irradiation externe, mais également par irradiation interne pour les particules inhalées (aérosols).
La radioactivité actuelle de l’environnement résulte de la présence de « radionucléides naturels » présents sur la Terre depuis sa création et de « radionucléides artificiels », introduits par l’homme à partir du milieu du 20ème siècle ; certains de ces radionucléides ayant la double origine, naturelle et anthropique.
LA RADIOACTIVITE NATURELLE DE L’AIR
Le radon (222Rn) est le principal gaz radioactif d’origine naturelle mesuré dans l’environnement. La radioactivité naturelle de l’air est essentiellement due à ce gaz, produit partout à la surface de la terre à partir de l’uranium contenu dans les sols. L’émission vers l’atmosphère dépend de deux facteurs : les conditions météorologiques et les propriétés des sols et des roches. Cette composante la plus importante de l’exposition naturelle est très variable. Elle dépend de la richesse du sol en uranium 238, de la porosité du sol, des matériaux de construction et de la ventilation de l’habitat qui concentre par confinement la diffusion du gaz radon. Ce gaz, ainsi que les produits qui en dérivent, se fixe dans les voies respiratoires. La moyenne des mesures de radon effectuées en France est de 90 Bq/m3.
Près de 70 radionucléides naturels constituent l’essentiel de la radioactivité de l’environnement. Certains de ces radionucléides sont créés en permanence dans la haute atmosphère sous l’effet du rayonnement cosmique : tritium, carbone 14, krypton 85, béryllium 7 et sodium 22. Le béryllium 7, formé dans l’atmosphère, est un des principaux radionucléides naturels détectés dans l’air (1 à 10 Bq/m3).
Ces radionucléides sont à l’origine d’une exposition annuelle moyenne de l’ordre de 0,4 mSv, mais qui est plus forte à de hautes altitudes, où l’atmosphère est moins épaisse.
LA RADIOACTIVITE ARTIFICIELLE DE L’AIR
Les radionucléides artificiels présents dans l’air ont principalement pour origine les retombées des essais atmosphériques d’armes nucléaires (entre 1945 et 1980), la remise en suspension des retombées issues de l’accident de Tchernobyl, et les centrales nucléaires qui, en fonctionnement normal, rejettent des produits radioactifs dans l’air. Durant les retombées des essais atmosphériques d’armes nucléaires et l’accident de Tchernobyl, l’air a constitué le principal vecteur de contamination de l’environnement jusqu’à la chaîne alimentaire.
Les principaux radionucléides artificiels mesurés dans l’atmosphère sont : le tritium, le carbone 14, le strontium 90, le césium 137, les isotopes du plutonium (238Pu, 239Pu, 240Pu et 241Pu), ainsi que l’américium 241. Aujourd’hui, il est de plus en plus difficile d’observer des niveaux supérieurs aux limites de détection des appareillages pour ces radionucléides désormais présents à l’état de traces dans l’atmosphère. Ces niveaux d’activités sont de l’ordre de 0,1 Bq/m3 pour le carbone 14, de 0,01 Bq/m3 pour le tritium et le xénon 133, et de 1 Bq/m3 pour le Krypton 85. Les autres radionucléides artificiels transportés par les aérosols (césium 137, strontium 90 et les isotopes du plutonium) se situent en-deçà de 0,000001 Bq/m3 (soit 1 µBq/m3).
A proximité des installations nucléaires françaises, l’activité mesurée pour certains radionucléides est parfois supérieur au bruit de fond en raison des effluents gazeux rejetés. Les effluents gazeux rejetés par ces installations, en fonctionnement normal sont :
- des produits d’activation : le tritium et le carbone 14 ;
- des produits de fission : des gaz rares (principalement le xénon et le krypton), des gaz halogènes (principalement l’iode).
Etant donnée leurs interactions avec l’environnement et les tissus vivants (végétaux, animaux, corps humain), les conditions de rejet de certains gaz tels que le tritium et le carbone 14 sont très précisément contrôlées et limitées.
Le tritium et le carbone 14 figurent parmi les radionucléides les plus rejetés par l’industrie nucléaire. Si la plupart des installations nucléaires marquent leur environnement en carbone 14 de manière légère mais visible, certains sites nucléaires français présentent des activités en tritium qui sortent du bruit de fond (ex : Valduc, Marcoule, La Hague et Brennilis).
Le Krypton 85 et le Xénon 133 sont deux gaz rares radioactifs qui ne sont présents que dans l’air dont ils constituent l’essentiel de la radioactivité artificielle. Comme le tritium et le carbone 14, le krypton 85 a une double origine : naturelle cosmogénique et anthropique. Son origine anthropique est multiple, aussi bien les retombées des essais d’armes nucléaires ou de l’accident de Tchernobyl que les rejets des installations nucléaires, plus particulièrement celles de traitement du combustible nucléaire usé (La Hague en France). Le Xénon 133 est quant à lui rejeté par les centrales électronucléaires et les installations de traitement du combustible usé.
Les radionucléides présents dans l’air, se déposent sur les sols et les sédiments, migrent dans les chaînes alimentaires et peuvent atteindre l’homme. Les sols et les sédiments constituent des zones de d’accumulation et de concentration de la radioactivité.
Les sédiments sont de bons intégrateurs de la radioactivité présente dans l’eau. Ils constituent un réservoir de contamination du milieu aquatique par des phénomènes de désorption. De même que les matières en suspension, ils participent à la contamination des berges et des terres cultivées pendant les épisodes de crues.
Les sols contiennent aujourd’hui l’essentiel du stock de radioactivité issue des retombées des essais atmosphériques d’armes nucléaires, et constituent aujourd’hui la principale source qui alimente toutes les composantes de l’environnement, notamment la chaîne alimentaire. Les sols sont notamment responsables de la contamination, par voie racinaire, des légumes, des fruits et des graminées.
LA RADIOACTIVITE NATURELLE DANS LES SOLS ET LES SEDIMENTS
Les sols et les sédiments qui résultent de l’altération des roches sous l’effet du climat constituent la source de radioactivité naturelle à laquelle se trouve le plus directement exposé l’homme. Leurs teneurs en radioéléments naturels déterminent l’importance de l’irradiation externe d’origine tellurique. Mais leurs caractéristiques radioactives et pédologiques vont aussi conditionner l’importance des transferts des radionucléides depuis le sol ou les sédiments, vers l’atmosphère (exhalation du radon, remise en suspension de particules radioactives, les végétaux terrestres cultivés, les bioindicateurs mais aussi le taux de lessivage par les eaux de ruissellement.
Le potassium 40 est, quel que soit le site et le type de prélèvement, l’isotope radioactif naturel le plus abondant : sa concentration, de 350 à 600 Bq/kg sec, dépasse en général d’un facteur 10 ou plus celles de tous les autres isotopes naturels appartenant aux familles de l’uranium 238 ou du thorium 232 qui se situent en général entre 10 et 50 Bq/kg sec.
Toutefois, dans les zones uranifères, en particulier dans les sols, les concentrations des isotopes de la famille de l’uranium 238 sont environ deux fois supérieures à celles habituellement observées dans les autres zones. Cette différence se traduit aussi au niveau des teneurs en radon (222Rn) dans les sols des régions granitiques où elles peuvent atteindre 200 Bq/kg, ce qui correspond à des concentrations 10 fois supérieures à celles observées dans des zones sédimentaires tel que le Bassin Parisien.
Dans une même région géographique, les concentrations en isotopes naturels vont en outre varier en fonction de la granulométrie des matériaux prélevés. L’abondance de particules fines dans un sol ou un sédiment se traduit en général par des concentrations plus élevées.
Enfin, le bruit de fond naturel dû aux isotopes des familles de l’uranium et du thorium peut être perturbé par diverses activités humaines (exemple : installations de l’amont du cycle du combustible où se réalisent des opérations d’extraction du minerai, de séparation de l’uranium 238 et du radium 226, et de stockage des déchets riches en radium 226 et ses descendants).
Les mesures réalisées ne permettent toutefois pas toujours d’identifier les trois radioéléments telluriques essentiels (40K, 238U, 232Th) ainsi que leurs descendants à vie longue (226Ra, 228Ra, 210Pb) ou les émetteurs gamma responsables du rayonnement tellurique (214Pb, 214Bi, 212Pb). La connaissance des rapports des activités de ces isotopes naturels constituent autant d’indices pour évaluer l’impact d’une pratique industrielle. Ainsi le rapport 238U/232Th varie entre 0,4 et 10 dans les roches alors que dans les rejets des mines françaises, il se caractérise par une valeur supérieure à 100.
LA RADIOACTIVITE ARTIFICIELLE DANS LES SOLS ET LES SEDIMENTS
Sols
Les radionucléides présents dans l’air et dans l’eau de pluie se déposent à la surface des sols. Lorsque leur période est suffisamment longue, ils s’y accumulent. Parmi les radionucléides artificiels mesurés dans l’air au cours des 50 dernières années, 9 seulement se sont accumulés de manière significative dans la couche superficielle des sols ; ce sont les radionucléides que l’on retrouve encore aujourd’hui dans toutes les composantes de l’environnement et notamment dans les denrées alimentaires : le tritium, le carbone 14 (ces deux radionucléides étant aussi naturels), le strontium 90, le césium 137, les isotopes du plutonium (238Pu, 239Pu, 240Pu et 241Pu) et l’américium 241.
La contamination surfacique des sols en strontium 90 (90Sr) et césium 137 (137Cs) a augmenté progressivement depuis 1945 pour atteindre son maximum en 1963 avec 2500 Bq/m2 pour le 90Sr et 4000 Bq/m2 pour le 137Cs. L’arrêt des essais américains et soviétiques a ensuite entraîné une lente diminution par décroissance radioactive, imperceptiblement infléchie par les dépôts liés aux essais chinois des années 70. Cette diminution se poursuit jusqu’à aujourd’hui pour le 90Sr. Dans le cas du 137Cs, l’accident de Tchernobyl a conduit en mai 1986 à des dépôts très hétérogènes sur le tiers est de la France.
Les sols contiennent aujourd’hui l’essentiel du stock rémanent des retombées des essais atmosphériques d’armes nucléaires (90Sr, 137Cs, 241Am et isotopes du Pu) et constituent aujourd’hui la principale source qui alimente toutes les composantes de l’environnement, notamment la chaîne alimentaire. La répartition du strontium 90, de l’américium 241 et des isotopes du plutonium dans les sols à l’échelle de la France et liée aux hauteurs de précipitation moyennes annuelles. En effet, plus des 2/3 de ces retombées ont été effectués lors des pluies.
A l’échelle de la France, la répartition du carbone 14 et du tritium est beaucoup plus homogène que celle des radionucléides présentés ci-dessus. L’hétérogénéité des retombées des essais nucléaires en relation avec la pluviométrie moyenne annuelle est sans doute masquée par la composante naturelle prédominante qui est, elle, très homogène. Cependant, au voisinage de certaines installations nucléaires (les centrales électronucléaires, les centres nucléaires de Marcoule, de La Hague et de Valduc notamment) et sous les vents dominants ainsi qu’en aval des émissaires de rejet, les activités en tritium et carbone 14 sont souvent plus importantes.
Sédiments
En aval des installations nucléaires, les radionucléides d’origine artificielle mesurés régulièrement dans les sédiments sont, par ordre de niveau d’activité décroissant, le césium 137, le cobalt 60, l’argent 110m et le cobalt 58, les trois derniers radionucléides étant globalement prépondérant des rejets.
Les isotopes 238, 239 et 240 du plutonium, exclusivement rejetés par les centres de traitement du combustible irradié (Marcoule jusqu’en 1997 et l’usine de La Hague), sont fréquemment détectés dans les mesures réalisées sur les sédiments. Ces radionucléides sont également introduits dans les eaux des cours d’eau via les eaux de drainage des sols marqués par les retombées des tirs atmosphériques.
A l’est du territoire français, les activités en césium 137 dans les sédiments collectés en amont de toute installation nucléaire sont 2 à 3 fois supérieures à celles observées dans les sédiments de l’ouest du territoire (en moyenne 12,9 Bq/kg sec à l’est, et 4,8 Bq/kg sec à l’ouest). Ceci est cohérent avec les dépôts de Tchernobyl plus importants à l’est de la France.
L’américium 241 est encore aujourd’hui détecté dans les sédiments du Rhône en aval du centre de retraitement de Marcoule, et dans les sédiments marins à proximité de l’usine de La Hague (de l’ordre de 1 à 2 Bq/kg sec).
Le strontium 90, l’un des principaux radionucléides issus des retombées des essais nucléaires militaires atmosphériques également présent dans les effluents liquides des usines de retraitement, est mesuré dans les sédiments de rivière (entre 1 et 5 Bq/kg sec dans les sédiments des cours d’eau français, et de l’ordre de 150 Bq/kg sec dans le ruisseau des Landes près de la Hague).
Globalement, depuis le milieu des années 1990, l’activité en césium 137 des sédiments des cours d’eau français en aval des installations nucléaires n’est pas significativement différente de celle observée en amont : l’influence des rejets en césium d’origine industrielle dans les cours d’eau n’est donc plus détectable et se situe actuellement dans le bruit de fond généré par les apports terrigènes liés au drainage des sols des bassins versants marqués par les retombées atmosphériques et soumis à l’érosion.
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