​Une forte contamination radioactive du milieu marin, notamment par le ¹³⁷Cs, s’est produite dans le Pacifique nord-ouest suite à l’accident nucléaire de Fukushima Dai-ichi survenu le 11 mars 2011. Deux sources majeures étaient à l’origine de cette contamination, les retombées atmosphériques (sèches et humides) et les rejets liquides directement en mer. Cette radioactivité a été transférée aux organismes marins conduisant à la contamination de plusieurs espèces pélagiques et benthiques. Dans le cadre de l’étude des conséquences de cet accident sur le milieu marin, une première modélisation de la dispersion du ¹³⁷Cs dans les eaux de la côte Pacifique du Japon a été réalisée par le groupe SIROCCO, permettant ainsi d’estimer l’évolution spatio-temporelle de la concentration de ce radionucléide dans l’eau et de déterminer son terme source, c’est-à-dire sa quantité globale rejetée en mer sous forme liquide. Ce travail de thèse s’inscrit dans la même démarche et vise, par une approche de modélisation, à étudier le transfert du ¹³⁷Cs aux chaines trophiques pélagiques de la côte Est du Japon, composées par les populations planctoniques, les poissons planctonivores, et les poissons carnivores.

Le couplage d’un modèle radioécologique, spécifiquement développé pour cette étude, à un modèle de l’écosystème composé d’un modèle NPZD et d’un modèle de circulation régionale, s’est imposé comme la méthode la plus adaptée à l’étude de la contamination des populations planctoniques dans des conditions accidentelles. Les résultats de cette étude ont montré des niveaux de contamination assez élevés de ces populations notamment aux alentours de la centrale où les concentrations estimées sont environ 4 ordres de grandeur supérieures à celles observées avant l’accident. En dépit de ces concentrations élevées, le débit maximal de la dose absorbée reste largement au-dessous du débit de référence à partir duquel les effets sur les populations sont ressentis. Cette étude a aussi mis en évidence la prédominance de la voie trophique dans les processus d’accumulation du césium par ces espèces, ainsi que la présence d’une légère biomagnification chez les classes de taille de zooplancton.

Le modèle radioécologique développé pour étudier la contamination des espèces nectoniques est structuré en taille. Chaque espèce est composée d’un ensemble de cohortes dont le nombre est fonction de la durée de vie de l’espèce et de sa fréquence de reproduction. Contrairement aux modèles classiques, le taux d’ingestion de la nourriture par l’organisme ainsi que son régime alimentaire ne sont pas constants dans le temps mais généralement variables en fonction de la taille de l’organisme. Dans cette approche le processus de prédation est considéré comme étant totalement opportuniste. Les résultats sont généralement satisfaisants et le modèle a été validé dans les conditions d’équilibre pré-accidentelles ainsi que dans les conditions post-accidentelles. L’importance de la prise en compte des mouvements migratoires de certaines espèces dans ce type de modèle a été mise en évidence notamment dans les conditions accidentelles caractérisées par une forte variabilité spatiale de la concentration du radionucléide dans la colonne d’eau. Les niveaux de contamination estimés pour les différentes espèces sont largement supérieurs à ceux observés avant l’accident, avec une tendance à l’augmentation lorsque la taille de l’individu augmente.