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Le projet AMORAD

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Dernière mise à jour en octobre 2019

 


 

Amélioration des modèles de prévision de la dispersion et d’évaluation de l’impact des radionucléides au sein de l’environnement (projet ANR-11-RSNR-0002)

 

Le projet AMORAD a vocation à répondre à la question centrale "Comment évaluer précisément les conséquences d’un rejet de substances radioactives sur l’homme et sur l’environnement ?". Il vise à optimiser les modèles qui permettent de prédire la dispersion des radionucléides dans l’environnement et d’évaluer leur impact sur deux compartiments de la biosphère : le milieu marin et les écosystèmes terrestres (dont les eaux de surface). Une attention spécifique a aussi été portée à l’interface océan-continent.

 

 

Contexte du projet


 

L’accident qui a affecté la centrale de Fukushima Dai-ichi en mars 2011 a conduit à des rejets importants de substances radioactives, dispersées dans l’atmosphère et dans l’Océan Pacifique. Les espèces vivantes, humaines et non-humaines, des territoires proches ont été exposées  plus ou moins longuement  à ces substances, soit par irradiation externe, soit par ingestion d'aliments (plantes poussant sur les sols, produits de la mer...).
L’évaluation des conséquences radiologiques et dosimétriques de cet accident a reposé sur deux approches complémentaires : la réalisation de mesures de radioactivité dans l’environnement et sur les personnes, et le recours au calcul et à la modélisation pour estimer des paramètres non accessibles par les mesures.
Bien qu’apportant déjà quantité d’informations, les modèles utilisables  en 2011 et développés à la suite de l’accident de Tchernobyl présentaient des imperfections et devaient être améliorés. Il était nécessaire par exemple d’améliorer la résolution spatio-temporelle pour déterminer les concentrations en substances radioactives dans chaque compartiment des écosystèmes exposés : faune, flore, eau, sédiments et sols. Il convenait aussi d’améliorer le traitement, par ces modèles, des flux de substances entre ces compartiments, et notamment à certaines interfaces (sol-plante ou océan-continent).  
Le projet AMORAD vise à ouvrir certains de ces verrous en combinant données de terrain, expériences en laboratoires et développement de modèles numériques.

 

 

Déroulement du projet et axes de recherches


 

Coordonné par l’IRSN, le projet AMORAD rassemble treize  partenaires dont 5 universités françaises (Toulouse, Toulon, Bordeaux, Versailles Saint-Quentin, Pau et Pays de l’Adour), une université japonaise (Tsukuba) et 5 EPIC ou entreprises (IFREMER, CEA, ANDRA, BRGM, EDF, CLS). Il fait se croiser plusieurs disciplines (océanographie, chimie, biologie, radioécologie…). Lancé en 2013 pour 6 ans, il a été prolongé de 3 ans et s’achèvera en 2022. Le projet couvre par son ampleur la globalité des voies d’exposition possible de l’homme et de l’environnement aux radionucléides : exposition  externe et contamination interne par ingestion de produits alimentaires.


Le projet porte sur deux compartiments majeurs de la biosphère : mer et terre, ce qui permet de traiter les flux de radionucléides entre eux ainsi qu’à leur interface. Les études se sont déroulées sur plusieurs zones en France, en Ukraine et au Japon, avec des sites « ateliers » spécifiquement mis en place sur des territoires contaminés par l’accident de Fukushima. Les travaux du consortium ont dans un premier temps généré un ensemble conséquent de données acquises in situ sur ces zones. Ces données ont été utilisées pour calibrer et valider différents outils de modélisation, destinés à prédire le devenir ou la redistribution des radionucléides à la suite des rejets en mer ou dans l’atmosphère. Les résolutions spatio-temporelles  couvrent une plage de grandeurs allant du micromètre ou de l’heure (pour le transfert sol-plante) à des milliers de kilomètres et plusieurs années (pour la chaine  trophique marine). Sur la base de scénarios et de différents cas d’étude, certains de ces modèles pourront être utilisés pour proposer des recommandations en matière de stratégie de surveillance des milieux et ressources ou d’actions de gestion à moyen-long terme des territoires contaminés.


Des avancées notables ont été obtenues sur la modélisation : 1) du transfert de la contamination par érosion des sols au sein d’un bassin versant, 2) du cycle du césium et de l’iode en milieux forestiers, 3) du devenir des particules porteuses des radionucléides dans les milieux aquatiques (fleuve, mer et interface océan-continent) et 4) des transferts dans les chaines trophiques marines.


En parallèle, deux autres approches ont été développées en milieu marin pour évaluer les impacts potentiels d’un rejet : un système de caractérisation de la vulnérabilité des ressources (combinant indices d’impact et agrégation multi-critères), et un système exploitant les connaissances générales sur les courants marins d’une zone donnée afin d’être en mesure de fournir aussi rapidement que possible des éléments de  diagnostic et de pronostic, y compris dans une optique de gestion post-accidentelle.


L’axe Marin

 

Étude des transferts de radionucléides dans les sédiments et les chaînes trophiques ainsi que de la vulnérabilité des littoraux à une situation accidentelle.


 

L’objectif de cet axe est d’améliorer les méthodes qui évaluent l’impact sur le milieu marin (eau, sédiments, organismes) d’un rejet accidentel de radionucléides. Le milieu marin est souvent considéré comme dispersif, c’est-à-dire permettant une dilution rapide des contaminations. Cependant, des "poches" de concentrations peuvent être importantes dans certains compartiments (piégeage des radionucléides dans les sédiments, éventuelles bioaccumulations dans des parties des chaînes biologiques), et certains processus majeurs se produisent à des échelles de temps ou d’espace encore mal maitrisés (événements intenses (crues, tempêtes) jouant sur la remise en suspension de sédiments contaminés, apports discontinus par les fleuves lessivant des bassins contaminés, …). La majorité des travaux de cet axe ont porté sur les processus de transport des radionucléides au sein des sédiments et dans les chaines trophiques, mais une partie visait aussi à optimiser la surveillance environnementale en cas d’accident touchant le milieu marin.


Quatre "zones-ateliers" ont été étudiées:

  • au Japon,  la zone soumise aux rejets accidentels de la centrale Fukushima Dai-ichi,
  • la Manche au niveau des centrales côtières et de l’usine de retraitements du combustible usé de la Hague,
  • le Golfe de Gascogne et le Golfe du Lion qui reçoivent des apports de fleuves sur lesquels sont implantées des installations nucléaires.

 

Le transfert à l’interface continent-océan et le transport des particules à différentes échelles de temps et d’espace ont été étudiés sur ces zones au fonctionnement contrasté, ce qui a permis d’investiguer plusieurs processus.


 

 

  • En Manche, un modèle a été développé pour simuler le transport de sédiments de toutes tailles. Il permet notamment de définir le devenir des sédiments fins piégés dans une matrice de galets. Ce type de dépôt sédimentaire hétérogène, qui peut s’observer dans des zones côtières à fort courant,  n’était pas pris en compte par les modélisations antérieures.

 

  • Le comportement des radionucléides dans un estuaire macrotidal (présentant de fortes amplitudes de marées) a été étudié dans le système Garonne-Gironde, sur les rives duquel se trouvent les centrales du Blayais et de Golfech. Le principal objectif de cette étude était d’associer dans les modèles, des lois de comportement des espèces insolubles et des particules attachées aux mouvements générés par les marées avec des lois chimiques d’adsorption/désorption de ces espèces, liées aux différences de composition des milieux fluvial et marin. Si le comportement chimique qui contrôle la fixation des radionucléides sur les particules reste un paramètre majeur pour expliquer leur export vers la mer ouverte ou leur rétention dans l’estuaire, il apparait maintenant que le débit du fleuve doit aussi être pris en compte. Le déplacement du bouchon vaseux dans ce système est  en effet un point critique pour la dispersion d’éventuels rejets accidentels de ces installations.

 

  • Le rôle de la faune benthique (vivant dans et sur le sédiment) et des tempêtes sur le dépôt et le remaniement sédimentaire a été étudié sur le delta du Rhône,  une interface océan-continent à faible marée. Les études ont permis de caractériser les matières en suspensions dans le panache du fleuve en mer, dont la sorption et la vitesse de chute, et la modélisation prend désormais en compte ces paramètres pour une meilleure prévision du devenir de ces particules. Les mesures de 137Cs et Pu dans les sédiments à l’embouchure du Rhône ont  permis de caractériser la variabilité de l’accumulation. Si le dépôt préférentiel dans cette zone se fait surtout à court terme durant les crues, le devenir à long terme est contrôlé par des processus de remobilisation sédimentaire sous l’action des courants (tempêtes) et des organismes benthiques qui mélangent le sédiment. Ces processus restent très difficiles à prédire dans le temps.


Le transfert des radionucléides dans les chaînes trophiques ainsi que la sensibilité et la vulnérabilité des écosystèmes impactés ont été étudiés pour des organismes isolés (huitre et thon) et des chaines trophiques entières allant de la phase dissoute jusqu’aux thons et requins.


 

  • L’étude de séries temporelles « historiques »  de la concentration en radionucléides chez divers organismes marins prélevés en Manche (algues, mollusques, crustacés, poissons) a permis de déterminer leurs demi-vie biologiques (le temps nécessaire à l’élimination de la moitié de l’activité dans ces organismes). C’est un paramètre fondamental à prendre en compte dans les modèles dits «  biocinétiques » qui offrent une méthode d’évaluation rapide de l’évolution temporelle de la radioactivité pour la gestion d’un accident.

 

  • Des cartes d’indicateurs de risque de contamination ont été établies pour différentes populations de thons, au large du Japon, à partir de modèles hydrodynamiques fournissant les concentrations de radiocésium dans l’eau et de modèles de transfert du radiocésium aux proies des thons (zooplancton, crustacés, petits poissons). Ces cartes sont évolutives dans le temps.

 

  • Un modèle prenant en compte l’ensemble du réseau trophique a été mis au point pour la zone de Fukushima. Il permet d’appréhender  dans le temps et l’espace l’évolution d’une concentration en un radionucléide spécifique pour une espèce donnée, et ce en fonction de la zone de pêche. Il prend en compte 56 groupes biologiques, depuis le phytoplancton jusqu’aux thons. Ce modèle est en cours de validation et sera adapté au Golfe du Lion.

 
Deux méthodes d’aide à la décision ont été développées pour disposer à terme d’outils en situation opérationnelle de gestion de crise. La première se base sur la spatialisation et l'évaluation de différents facteurs de risques (économiques et écologiques) et permet d'agréger ces données pour créer une carte d'impact d'une contamination accidentelle. Un deuxième outil, équivalent à un système expert, permet d’aider au diagnostic et au pronostic de situations post-accidentelles. Il utilise des bases de données de courantométrie pour créer des scénarios types de redistribution des radionucléides en phase dissoute.


 


L’axe Continental


Étude des transferts de radionucléides dans les milieux continentaux.


Cet axe vise à mieux comprendre et quantifier les processus de transfert de radionucléides dans les écosystèmes forestiers et dans le continuum bassins versants-cours d’eau à différentes échelles de temps.


 

 

  • Les flux  d’érosion-ruissellement depuis les bassins versants vers les cours d'eau puis le milieu marin ont été étudiés sur la zone de Fukushima. Ceci a permis d’analyser l’impact des processus d’érosion et des crues sur la redistribution des particules. Les zones d’études étaient les bassins versants au nord-ouest de la centrale de Fukushima qui drainent la partie principale affectée par les retombées du panache radioactif.

 

  • Une méthode permettant de quantifier l’exportation de radionucléides des bassins versants vers la mer a pu être mise au point. En particulier, un modèle a été créé afin de reproduire l’érosion des sols et prédire le transfert des sédiments contaminés dans les bassins versants, tout en tenant compte des différents types d'occupations des sols et des forçages hydroclimatiques.
  • Le cycle biogéochimique des radionucléides dans les systèmes forestiers a été caractérisé, ce qui a permis de modéliser l’évolution du césium dans les différents compartiments. De très nombreuses données ont été recueillies dans un rayon de 80 km autour de la centrale de Fukushima ainsi qu’à proximité de Tchernobyl et sur différents sites forestiers français. A Fukushima, l'activité en césium-137 diminue rapidement dans les arbres mais augmente dans les couches organiques et minérales du sol (transfert par chute des feuilles, flux liquides). Elle devrait atteindre un état d’équilibre probablement dans les prochaines années. Le modèle prédictif « TREE4 » de l'évolution des stocks et des concentrations en césium-137 dans les différents compartiments du système sol-arbre est désormais opérationnel.

 

Perspective de l'extension AMORAD II

 
Initialement prévu jusqu’en 2019, le projet AMORAD bénéficie d’une extension de son programme de recherche jusqu’en 2022.

AMORAD II permettra d’enrichir les connaissances sur les processus de transfert de radionucléides dans les milieux continentaux (sol-forêt) et au sein des bassins versants, par érosion des sols. Pour ceci, le modèle de simulation Watersed du BRGM sera enrichi d’un module traitant du radiocésium, et il sera testé sur les données obtenues sur un bassin-versant de Fukushima.

 
Un volet économique a été ajouté au programme pour compléter le développement du logiciel ARPAGON (IRSN) qui permet d’évaluer les coûts directs de la contamination d’un territoire après l’un accident grave d’un réacteur électronucléaire. L’objectif est de prendre en compte dans ses calculs, les impacts économiques qui seraient  associés aux pertes des ressources forestières et aquatiques ou aux obligations de l’arrêt de l’alimentation en eau potable et d’irrigation. Pour ceci, les données économiques doivent d’abord être collectées puis validées aux échelles spatiales adaptées pour le calcul. En effet, certaines données sont disponibles à l’échelle des communes, d’autres seulement à l’échelle nationale.       


Caractéristiques

Dates : 2013-2022

Budget : 22 millions d'euros dont 5,4 millions apportés par l'ANR

Partenaires : Andra, BRGM, CNRS, Ifremer, LSCE, Universités françaises de Bordeaux, Pau, Toulon, Toulouse et Versailles, Université japonaise de Tsukuba, CLS (filiale de l’Ifremer), EDF

Laboratoires IRSN impliqués

Publications

Résumé du projet

Articles dans la revue scientifique de l'IRSN, Aktis

​Responsables du projet :