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

45 Le tritium dans l’environnement scientifiqueousociétaux(AGIR,2007 ;CERRIE,2004 ;Greenpeace,2007) sont reprises au plan national par les pouvoirs publics, les Commissions Locales d’Information et les associations qui souhaitent pouvoir disposer d’éléments permettant de répondre aux inquiétudes qui se développent face à la prévision d’augmentation des quantités de tritium dans les rejets liquides et les rejets gazeux. Ainsi, l’ASN a mis en place en janvier 2008 deux groupes de réflexion pluralistes, dont l’un s’intéresse plus spécifiquement à l’impact du tritium sur l’environnement et sur l’homme. Le présent rapport fournit un état des connaissances actuelles sur les origines, les niveaux actuels, le devenir et les effets du tritium au sein des écosystèmes terrestres et aquatiques, en soulignant les manques de connaissances et les domaines les moins documentés. Il a pour objectif d’étayer la réflexion, tant de l’IRSN que des autres parties prenantes, d’une part, sur les enjeux que représente ce radionucléide en termes de comportement dans l’environnement et de risque sur les écosystèmes et, d’autre part, sur les pistes d’études, de recherches ou de développe- ments techniques concernant le tritium dans l’environnement. Pour ce qui concerne l’IRSN, ces réflexions ne sont pas livrées dans le présent rapport mais dans un document séparé. 2 Propriétés nucléaires et physico-chimiques du tritium 2 1 Le tritium, isotope radioactif de l’élément hydrogène Le tritium, symbolisé par 3 H ou T, est l’isotope radioactif de masse 3 de l’élément hydrogène. Il a été découvert en 1934 par Rutherford et identi- fié par Alvarez en 1937. Sa transformation radioactive, selon une période de 12,32 ans, conduit à un isotope stable de l’hélium ( 3 He), en émettant un électron (rayonnement β) de faible énergie. Les principales caractéris- tiques nucléaires du tritium sont répertoriées dans le tableau 2.1. Le rayonnement β émis lors de la transformation radioactive du tritium étant de faible énergie, il est très peu pénétrant (parcours libre moyen dans l’eau inférieur à 1 µm) et, de ce fait, ne conduit à aucune irradiation externe des organismes vivants lorsqu’il est dans l’environnement. Par conséquent, l’irradiation d’un organisme ne peut se produire qu’après incorporation du tritium. Tableau 2.1 - Caractéristiques nucléaires du tritium selon (Unterweger, 2000 ; ICRP, 1983 ; Browne and Firestone, 1986) Période radioactive 12,32 ans Activité massique 3,6.10 14 Bq.g -1 Émission principale par désinté- gration (rendement d’émission) b - Emax = 18,6 keV (100%) Énergie moyenne b - Emoy = 5,7 keV 1 Unité Tritium 1 atome de T/10 18 atomes d’H soit 0,118 Bq HTO/L 2 2 Le comportement physico-chimique du tritium Les propriétés chimiques du tritium sont identiques à celles de l’hydro- gène de masse 1 ( 1 H également appelé protium). Il peut exister sous plusieurs formes chimiques, notamment : (1) l’eau tritiée ou HTO, légèrement plus lourde que l’eau légère H 2 O, est la forme la plus abondante du tritium dans le milieu naturel et les espèces vivantes ; (2) le tritium gazeux ou « hydrogène tritié » HT : cette forme chimique, qui ne concerne qu’une fraction des rejets atmosphériques de tritium (cf. § 3), pourrait prendre de l’importance avec le développement des recherches sur la production d’énergie par fusion nucléaire. Sous l’effet de processus d’oxydation, l’hydrogène tritié se transforme en eau tritiée et rejoint ainsi le cycle de l’eau ; (3) le tritium organiquement lié (TOL) ou OBT (Organically Bound Tritium) : l’hydrogène étant un constituant majeur de la matière vi- vante (avec le carbone, l’oxygène et l’azote), le tritium peut devenir un constituant de molécules organiques à l’occasion de processus de bio- synthèse (par exemple la photosynthèse) et de métabolisme, mais aussi d’échange avec le milieu ambiant. 2 2 1 Le tritium dans le cycle de l’eau La caractéristique fondamentale du tritium constituant une molécule d’eau (eau tritiée) est sa faculté d’échange rapide avec l’isotope 1 de l’atome d’hydrogène. En effet, les molécules d’eau ont une propriété de dissociation partielle (ou ionisation) en ions H + (hydraté avec une molécule d’eau pour devenir H 3 O + ) et OH -  ; ainsi, dans le cas de l’eau tritiée, les équilibres suivants s’établissent : L’état d’équilibre dépend des réactions acido-basiques avec les autres espèces chimiques en solution, déterminant le pH de l’eau, pouvant conduire l’élément hydrogène (H + ou T + ) ou l’ion hydroxyle (OH - ou T - ) à se lier à des molécules basiques ou acides, dont certaines peuvent être des molécules organiques (cf. § 2.2.2). De la même façon, l’eau tritié à l’état de vapeur a une capacité d’échange rapide avec l’eau légère (H 2 O). En raison de la différence de masse atomique entre le tritium (3) et le pro- tium (1), on observe des phénomènes de ségrégation isotopique lors des changements de phase de l’eau (évaporation, condensation, solidification, fusion) qui entraînent un faible enrichissement en tritium par rapport à l’hydrogène stable dans la phase la plus condensée (eau liquide). Au niveau du globe, ce sont essentiellement des processus physiques qui influencent la dynamique du tritium, en particulier en termes de temps de résidence dans les grands compartiments : stratosphère, at- mosphère, biosphère, océans, eaux souterraines (IAEA, 2001). Au sein des écosystèmes, aux processus physico-chimiques viennent s’ajouter des mécanismes biologiques qui déterminent un comportement plus complexe du tritium, encore imparfaitement connu. 2 2 2 Métabolisme du tritium chez les êtres vivants La plupart des végétaux terrestres et aquatiques, dits autotrophes, ont la capacité de synthétiser des molécules organiques à partir de carbone, d’hydrogène et d’azote minéraux, grâce à la photosynthèse qui entraine l’intégration d’hydrogène, donc de tritium, dans des glucides selon la réaction type suivante : CO 2 + 2 H 2 O + h ν → CH 2 O + O 2 + H 2 O Le métabolisme du végétal entraîne la synthèse d’autres composants or- ganiques (glucides, lipides, protéines, acides aminés...) qui peuvent à leur tour intégrer du tritium.

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