Livre blanc du Tritium & bilan des rejets de tritium pour les INB

211 Etude du transfert du tritium aux végétaux Introduction L’eau joue un rôle biologique fondamental dans le développement et le métabolisme des végétaux. A l’échelle de la plante, elle assure le transport des sels minéraux et de molécules organiques entre organes. Constituant majeur du milieu cellulaire, elle participe directement ou indirectement à toutes les réactions biochimiques, notamment celles liées à la formation de matière organique. La photolyse de l’eau, étape clé de la photosynthèse, produit par exemple des protons et des radi- caux hydroxyles qui peuvent être incorporés dans les molécules organi- ques. Le tritium est l’un des trois isotopes de l’hydrogène. Il se comporte globalement de la même façon que cet élément dans l’environnement naturel. Sous forme d’eau tritiée, il est associé à toutes les molécules hydrogénées des plantes via les réactions métaboliques. De ce fait, les activités massiques dans l’eau tissulaire des plantes et dans la matière organique, en réponse à une exposition continue au tritium, devraient théoriquement être égales. Une étude bibliographique et expérimentale a été menée sur ce thème. 1 Rappel des concepts On appelle « eau libre » d’un végétal l’eau extraite de la plante, par un moyen de distillation, sans altération de la matière organique. Elle com- prend l’eau intracellulaire et l’eau des vaisseaux conducteurs de sèves. L’eau libre représente en moyenne plus de 70% de la masse des parties non lignifiées des plantes [1]. Placé dans une atmosphère contenant de la vapeur d’eau tritiée, l’eau libre des feuilles se charge et se décharge assez rapidement en tritium, avec une demi-vie biologique de l’ordre de quelques heures pendant la journée, révélant une diffusion de l’eau de l’air vers l’eau contenue dans la plante, principalement à travers les stomates, malgré un flux d’eau essentiellement sortant. On note cette fraction TFWT pour « Tissue Free Water Tritium ». Des molécules d’eau libre peuvent entrer dans des chaînes de réactions biochimiques et leur hydrogène peut ainsi être incorporé lors de l’éla- boration de molécules organiques. Ceci se produit en particulier lors de la photosynthèse, mais aussi lors de nombreux processus métabo- liques secondaires. Compte tenu de la quantité très importante d’eau évacuée par transpiration, moins de 5% de l’eau absorbée est finalement mobilisée pour la croissance et le développement des végétaux. Une fraction encore moindre intervient directement dans les réactions bio- chimiques [1]. Finalement, la fraction d’hydrogène convertie en matière organique est de 0,06% à 0,3% pour les plants en développement [2]. On appelle « eau de combustion » l’eau obtenue en brûlant la matière sèche en présence d’oxygène et en absence d’autre source d’eau pendant la combustion. L’eau de combustion ne contient ainsi que de l’hydro- gène issu de la matière organique, qui représente 5 à 10% de la matière sèche. Le comportement biochimique du tritium 3 H peut être considéré en première approximation comme équivalent à celui de son isotope stable, le protium 1 H. Ainsi, l’incorporation de tritium organique s’ef- fectue progressivement au cours de la croissance du végétal, et de ce fait l’eau de combustion représente une valeur moyenne sur le temps de croissance du végétal. Il est d’usage de parler de «Tritium Organique- ment Lié » (noté OBT pour « Organically Bound Tritium »), lorsqu’il est inclus dans les molécules organiques. 2 Etude bibliographique Le ratio d’activité massique est un moyen de quantifier les phénomènes de fractionnement isotopique. Il correspond au ratio des activités massiques ( 3 H/ 1 H) du tritium sous forme organique (OBT) et sous forme d’eau (HTO) dans un compartiment biologique ou écologique donné. Ce ratio peut être établi par rapport à l’activité de l’eau tritiée de l’environnement (OBT/HTO) ou à l’eau tissulaire de la plante (OBT/ TFWT) [3]. Sa valeur par rapport à l’unité est un indicateur de la capacité des systèmes biologiques à discriminer les isotopes de masse 1 et 3 de l’hydrogène lors de l’incorporation dans les molécules organiques. Apartirdecesdéfinitions,certainsauteursontévaluéexpérimentalement les valeurs du ratio d’activité massique OBT/HTO (de la vapeur d’eau de l’air ou de la solution du sol) et du ratio OBT/TFWT pour différentes espèces végétales soumises à une exposition de longue durée au tritium. Une liste non exhaustive de ces valeurs est donnée dans le Tableau 1. Le ratio OBT/TFWT est toujours plus élevé que le ratio OBT/HTO car l’activité tritium de l’eau tissulaire des végétaux (TFWT) n’atteint jamais celle de la vapeur d’eau tritiée de l’air ou du sol (HTO). Les données de la littérature font apparaître des valeurs globalement comprises entre 0,5 et 2 pour le rapport OBT/TFWT, et environ deux fois moins Etude du transfert du tritium aux végétaux C. Boyer 1,2,3 , P.Guétat 1 , M. Fromm 2 , L. Vichot 1 , Y. Losset 1 , F. Tatin-Froux 3 , C. Mavon 2 , P.M. Badot 3 1 UMR CEA E4, VALDUC 2 UMR CEA E4, Université de Franche-Comté 3 CNRS-Université de Franche Comté/UMR 4 CHAPITRE

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