Laboratoire d'accueil : Laboratoire de Radioécologie de Cherbourg-Octeville (LRC)

Date de début de thèse : 01/10/2009

Nom du doctorant : Anne Vrel

Contexte

l'estuaire de la seine constitue l'exutoire unique d'un bassin versant de 75000 km2 soumis il des pressions anthropiques fortes au plan agricole, industriel et urbain.
Tandis que dans la Seine fluviale (a l'amont du barraae de Poses, soit à 160 km en amont de l'embouchure), l'eau et les particules sédimentaires se deplacent vers l"aval, il n'en est pas de même dans l'estuaire tidal : dans cette portion du fleuve (en aval du barrage de Poses) soumise à la marée semi-diurne, l'eau et les particules drcutent altemativement vers l'amont et vers l'aval. Ces déplacements alternatifs peuvent conduire à la pénétration dans l'estuaire de particules d'origine marine, jusque dans la région rouennaise (phénomène de pompage tidal démontré par des mesures de 60Co et des isotopes du plutonium; Boust et al., 2004).

Faute de capacités analytiques adéquates, par manque de structures dédiées à l'acquisition de séries à long terme et en l'absence de demande soclétale, les seules données disponibles sur les quantités de contaminants qui ont été introduites dans l'estuaire de la Seine. y ont transité ou s'y sont accumulées de façon souvent temporaire, sont très parcellaires et/ou ne concernent que la période récente. Il est impossible de savoir comment la dynamique d'épuration du bassin versant et du fleuve est affectée par les forçages naturels ou anthropiques et si des effets de rémanence doivent être suspectés.
Le fleuve a cependant gardé la mémolre des contaminations passées. Certaines zones du fleuve ont agi comme des pièges à particules: bras morts, vasières, plaines d'inondation, bassins portuaires. Les sediments qui s'y sont progressivement accumulés sont porteurs d'un enregistrement qui peut donner accès à l'historique recherché pour peu qu'ils puissent être datés.

Objectif

L'objectif de la thèse est de reconstituer l'historique des apports en radionudéides et en métaux-traces liés aux particules sédimentaires dans la zone amont de l'estuaire tidal de la seine au cours du dernier demi-siècle. Il s'agira aussi de comprendre en quoi les forçages naturels et anthropiques ont influencé la dynamique des apports depuis l'amont (dynamique de transport dans le bassin versant et la seine fluviale) et depuis l'aval (évolution pluriannuelle du pompage tidal).

Méthodologie

La méthodologie consiste à analyser les radionucléides naturels et artificiels et les contaminants métalliques dans des carottes de sédiments fins prelevées dans la zone d'intérêt (port de Rouen), à l'amont du barrage de Poses (pôle fluviatile) et à l'aval de l'estuaire (pôle marin). Les zones favorables à l'étude de l'enregistrement recherché ont déjà ete identifiées au cours d'études antérieures realisées par le LRC (Programme seine Aval, notamment : estuaire tidal), ou dans le cadre du PIREN-Seine (Programme Interdisciplinaire de Recherche en ENvironnement sur la SeIne : seine fluviale). Il s'agit de bras morts dans la zone amont, du bassin des Docks dans la zone portuaire de Rouen, et de vasières d'embouchure dans la partie aval de l'estuaire. Nous disposons de carottes dans tous ces secteurs; certaines ont déjà fait l'objet d'analyses géochimiques et ont pu être datées grâce à la présence de pics de concentration en 137Cs dues aux retombées des tirs nucléaires atmosphériques et de l'accident de Tchemobyl.
les contamlnants métalliques et des éléments en traces qui seront utilisés comme marqueur de phase seront analysés sur le sédiment total dans différents niveaux des carottes. Ce sont les mêmes que ceux analysés dans le cadre du projet MEDIUM. (Etude du MElange et de la Dispersion des sédiments par l'Utilisation de Marqueurs particulaires dans l'estuaire de la Seine; Programme Seine Aval) de façon à en tirer le meilleur parti. les éléments Si, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, P, Ti seront analysés par ICP AES; les eléments As, Ba, Be, Bi, Cd, Ce, Co, Cr, Cs, Cu, Dy, Er, Eu, Ga, Gd, Ge, Hf, Ho, ln, La, Lu, No, Nb, Nd, Ni, Pb, Rb, Sb, Sm, Sn, Sr, Ta, Tb, Th, Tm, U, V, W, Y, Yb, Zn et Zr seront analysés par ICPMS.

Les radionucléides émetteurs gamma pourront également servir de marqueurs chronologiques. le 137Cs provenant du bassin versant (retombées d'essais atmosphériques d'armes nuctéaires et accident de Tchernobyl) a déjà fourni des repères temporels utiles. Le 60Co détecté notamment dans la partie aval de l'estuaire marquera la pénétration de particules marines vers l'estuaire amont; les concentrations en radionucléides naturels de la famille de l'238U devraient être fortement influencées par les rejets de phosphogypses dans la Seine; le 210Pb pourra par ailleurs donner des informations sur la variation des termes sources distaux et sur les effets des épisodes de crue.
Les analyses de radionucléides émetteurs alpha porteront essentiellement sur les Isotopes du plutonium: 238Pu et 239,240 Pu, voire 241Am : ils proviennent de l'amont (retombées d'essais atmosphériques d'armes nucléaires sur le bassin versant) et de l'aval mals avec un rapport isotopique différent (Rapport MEDIUM 2006): cette intéressante caractéristique permettra de suivre la dynamique des apports marins dans Le haut estuaire sur les dernières decennles.
Des analyses de 90Sr seront réalisés sur quelques échantillons clés car on ne dispose que de très rares données sur ce radionucléide dans la zone d'étude.
l'ensemble des analyses réalisees devra permettre de :

• détecter dans Les carottes, l'enregistrement d'événements permettant de fournir des repères temporels absolus: essais nucléaires atmosphériques, accident de Tchemobyl, debut des rejets de phosphogypses... ;
• établlr une relation (fonction de transfert) entre les concentrations des éléments pour lesquels on dispose de séries à long terme dans les apports de la Seine (données de la Cellule Anti-Pollution du Service de Navigation de la Seine - métaux·traces ; données de la station IRSN de l'île Lacroix - radionucléides) ;
• utiliser la fonction de transfert ainsi déterminée pour reconstituer dans Les apports à la Seine les concentrations en contaminants métalliques et organiques pour lesquels on n'y dispose pas de séries à long terme.

Environnement scientifique

les travaux de thèse s'appuieront en partie sur les carottages et les analyses réalisés dans Le cadre du programme RHAPSODiS (Reconstitution de l'Historique des Apports Particulaires à la seine par l'Observation De leur Intégration Sédimentaire -Programme Seine Aval 2008-2010). Ils bénéficieront de l'expérience acquise au LRC sur le transport des radionucléides et des éléments en traces en milieu estuarien, depuis une quinzaine d'années. La variété des méthodologies et des concepts à mettre en oeuvre confère à cette thèse un caractère particulièrement formateur et attractif.

Déroulement prévu de la thèse

Annee 1 :
Recherches bibliographiques et compilation des bases de données existantes (notamment celles réalisées dans le cadre du programme RHAPSODIS) ; inventaire des carottes disponibles; identification et comblement des manques éventuels. Analyses des éléments majeurs, en traces et/ou contaminants métalliques (sous-traitées) ; analyses des radionucléides (1ère série).
Annee 2:
Etude géochimique détaillée des carottes prélevées ou d'archive: éléments majeurs, en traces, contaminants métalliques; analyse des radionucléides (2ème série). Repérage des marqueurs chronologiques, des cyclicités sédimentaires et datation des carottes.
Année 3:
Reconstitution de l'historique des apports en radionucléides et en contaminants métalliques à l'estuaire de la seine depuis l'amont et depuis l'aval. Evolution à long terme de la dynamique tidale et la dynamique d'épuration du bassin versant en réponse aux forçages naturels et anthropiques. Rédaction de la thèse et publications scientifiques.