Livre blanc du Tritium

75 Le tritium dans l’environnement • p ar échange avec la vapeur d’eau tritiée de l’atmosphère, via les stomates des parties aériennes de la plante ; • p ar le système racinaire, à partir de l’eau tritiée contenue dans le sol. Échange foliaire. Les échanges gazeux avec l’atmosphère ambiante s’effectuent par les stomates des parties aériennes (feuilles) qui permettent l’entrée du CO2 nécessaire à la photosynthèse et l’évacuation de la vapeur d’eau a) dégagée par la photosynthèse, b) provenant de la respiration de la plante, et c) transpirée. La transpiration est le principal moteur du flux d’eau absorbée par les racines du végétal et, à ce titre, constitue la voie majeure d’élimination du tritium libre de la plante. Les échanges sont très rapides : après une contamination ponctuelle de la plante, la teneur en eau tritiée de la biomasse aérienne diminue de plusieurs ordres de grandeur en quelques heures (e.g., Choi et al., 2002 ; Keum et al., 2006). L’absorption de la vapeur d’eau tritiée de l’air ambiant s’effectue par un transfert avec diffusion dans les orifices stomatiques (Belot et al., 1996). Il a été rapporté par Belot (Belot, 1979) que le flux correspondant est proportionnel à la différence des concentrations volumiques de la vapeur d’eau tritiée dans l’air et à la surface des feuilles (Murphy, 1993). La vitesse d’échange de l’eau tritiée (m/s) varie également selon les conditions d’ouverture (de jour) et de fermeture (de nuit ou en cas de déficit hydrique) des stomates. En termes de modélisation, ce dernier phénomène est assimilé à une résistance (s/m) dont l’inverse représente la vitesse d’incorporation foliaire. A l’échelle du couvert végétal, cette résistance est classiquement considérée comme étant inversement proportionnelle à l’indice de surface foliaire. Les travaux de Melintescu et Galeriu (2005) leur ont permis de proposer une approche associant l’évaluation de ce paramètre à celle de l’intensité de la photosynthèse. Cette approche permet d’estimer l’incorporation de tritium par un nombre élevé de végétaux, à partir de paramètres agronomiques relativement bien connus, notamment le taux net de photosynthèse. Ces auteurs ont montré que leur modèle permet une bonne représentation de la résistance foliaire (Tab. 6.1). La vitesse d’échange serait en moyenne de 5 × 10‑3 m/s. Végétal Valeurs expérimentales (bibliographie) Valeurs modélisées Blé, stade végétatif 41-52 56 Blé, floraison 62-100 60 Maïs stade végétatif 121-131 111 Blé 17-20 18 Pomme de terre 100-130 130 Alfalfa (variété de luzerne) 100-120 110-130 Soja 66 70 Herbe (C3) 74 74-120 Herbe (C4) 11 156-178 Lorsque les plantes absorbent de la vapeur d’eau tritiée par voie foliaire, l’activité du tritium de l’eau dans les feuilles reste toujours inférieure à celle du tritium dans la vapeur d’eau atmosphérique, même quand les expositions sont suffisamment longues pour arriver à un état d’équilibre dynamique, en raison de la dilution de l’eau des feuilles par l’eau qui provient du sol et qui est non contaminée ou, a minima, moins contaminée que l’air (Belot et al., 1996). Inversement, l’eau tritiée en provenance du sol absorbée par voie racinaire peut être échangée avec la vapeur d’eau non contaminée de l’atmosphère. Il s’agit là d’une dilution et non d’une discrimination isotopique. Ces facteurs de dilution sont parfois distingués dans les modélisations mais, la plupart du temps, les auteurs n’indiquent que les valeurs de l’activité volumique du tritium dans l’eau du végétal rapportées à celles du tritium de l’atmosphère (Tab. 6.2) ; ce tableau provient des travaux de Peterson et Davis (2002) qui suggèrent d’appliquer un facteur de 0,9 pour les feuillages et de 0,8 pour les fruits, racines et grains. Absorption racinaire. Une partie de l’eau absorbée par les racines est diluée dans le pool d’eau des liquides du végétal (cellulaires et extracellulaires) et son hydrogène est susceptible de s’échanger avec des atomes de tritium situés en position échangeable. Une partie s’incorpore à la matière organique via la photosynthèse. Cette incorporation est plus importante le jour que la nuit mais l’incorporation à l’obscurité n’est pas négligeable. Strack et al. (2005) ont mesuré que 20 % du tritium incorporé dans le blé l’était durant la nuit. Les expériences d’AtarashiAndo et al. (2002) réalisées sur du riz avec de la vapeur d’eau enrichie en deutérium (D2O) ont montré que la formation de matière organique marquée en deutérium est 2,4 à 2,9 fois plus forte pour une exposition de 8 heures durant le jour par rapport à une exposition de mêmes durée et intensité durant la nuit. Répartition du tritium lié à la matière organique des végétaux. L’incorporation du tritium sous forme non échangeable dans la matière organique du végétal se fait théoriquement avec un faible fractionnement isotopique (Boyer et al., 2009 ; Belot, 1996). Ceci traduit le fait que le tritium (de masse atomique 3) est défavorisé par rapport à l’hydrogène dans les réactions enzymatiques. On considère, qu’en moyenne, environ 70 % du tritium lié à la matière organique des végétaux se trouve sous forme non échangeable, le reste (30%) se mettant à l’équilibre avec l’eau tritiée à laquelle les molécules organiques sont exposées (Belot et al., 1996). La valeur de cette fraction organique échangeable varie néanmoins selon les estimations de différents auteurs : Pointurier et al. (2004) indiquent des valeurs bibliographiques allant de 11 % pour la cellulose à 22 % pour les pommes de terre et les raisins. L’incorporation du tritium sous forme non échangeable dans la matière organique du végétal se fait théoriquement avec un fractionnement isotopique vrai. Ceci traduit le fait que le tritium (de masse atomique 3) est défavorisé par rapport à l’hydrogène dans les réactions enzymatiques. Végétal Valeur du rapport : HTO eau des végétaux / HTO vapeur d’eau atmosphérique Feuilles Divers végétaux : 0,49 — 0,77 ; feuilles de peuplier : 0,79 ; feuilles de tomates : 0,57 ; Feuilles maïs : 0,8 ; herbe 0,48 — 0,75 Fruits, racines 0,38 — 0,47 Céréales grain 0,66 Tableau 6.2 - Rapport de dilution de la concentration en HTO dans l’eau des végétaux à celle dans la vapeur d’eau atmosphérique. Selon Peterson et Davis (2002), résultats de mesures en zones affectées par des rejets chroniques. Tableau 6.1 - Comparaison des résistances foliaires mesurées et modélisées (s/m). Selon Melintescu et Galeriu (2005).

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