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Contamination
accidentelle - Thérapie
Des
calixarènes pour la décontamination surfacique
L'utilisation d'une nanoémulsion
contenant un calixarène se révèle efficace pour le traitement
d'urgence d'une contamination cutanée surfacique par
l'uranium.
La contamination par voie cutanée est l'un des deux principaux
modes de contamination des travailleurs de l'industrie nucléaire
(après l'inhalation). Grâce à un travail de thèse, l'IRSN a mis au
point pour la première fois un traitement local d'urgence de la
contamination cutanée surfacique par l'uranium à l'aide de
l'utilisation d'un chélateurGLO
de la famille des calixarènes(1) introduit dans une
nanoémulsion de type huile dans l'eau. Il piège le radioélément au
niveau de la zone cutanée contaminée et réduit ainsi son transfert
vers le sang.
[ Nanoémulsion
]
Les calixarènes sont de bons
chélateurs mais, à température ambiante, ils sont à l'état solide.
Il faut donc les mettre en solution pour les utiliser à des fins de
décontamination. Étant aussi hydrophobes, ils doivent être
solubilisés dans l'huile ; des expériences in-vitro
montrent que cette option seule est peu efficace : seul
7 % de l'uranium contenu dans une solution aqueuse est piégé
par les calixarènes sous cette forme. D'où l'idée d'utiliser une
nanoémulsion de calixarène huile dans l'eau (75 % d'eau,
20 % d'huile de paraffine, 5 % de
tensioactif(2), 1 % de calixarène). La
caractérisation physico-chimique de la nanoémulsion a mis en
évidence la présence de molécules de calixarène, à la surface des
gouttelettes huileuses dispersées dans l'émulsion, disponibles pour
piéger l'uranium.
[ 83 % d'uranium
retenu après 5 minutes ]
Des expériences
in-vitro ont été réalisées sur une solution aqueuse
contaminée par du nitrate d'uranyle, l'un des composés de l'uranium
qui diffuse le plus rapidement et le plus fortement à travers la
peau. Cette solution, ajoutée à l'émulsion, permet une extraction de
83 % de l'uranium après 5 minutes de contact sans agiter la
solution (90 % en remuant). L'efficacité remarquable de la
nanoémulsion est due à la grande surface de contact de l'interface
huile/eau où se trouve le calixarène.
Des expériences
ex-vivo ont été réalisées sur des explants de peau d'oreille de
porc. Les accidents de contamination cutanée pouvant se produire
aussi bien sur une peau intacte que sur une blessure, l'étude a été
menée sur des biopsies de peau lésée par excoriation. La diffusion
de l'uranium à travers cette peau lésée diminue de 98 % lorsque
la nanoémulsion est appliquée immédiatement après la contamination.
L'efficacité de la nanoémulsion reste importante même si son
application est retardée de 5 à 30 minutes.
Un brevet a été
déposé en 2009 par l'IRSN, mais ces nanoémulsions de calixarènes ne
peuvent pas encore être utilisées en clinique. Il reste à démontrer
que les formes galéniques utilisées ne passeront pas la barrière
cutanée en cas de blessure, garantissant ainsi leur innocuité
in-vivo.
Contact :
François Rebière (Laboratoire de radiochimie - LRC)
(1)
du
1,3,5-OCH3-2,4,6-OCH2COOH-p-tertbutylcalix[6]arène.
(2)
Le tensioactif est une molécule permettant de solubiliser deux
phases non miscibles, ici l'huile et l'eau.
Radiotoxicologie
Des
calixarènes pour l'analyse radiotoxicologique des
urines
Un nouveau protocole utilisant des
colonnes chromatographiques chargées en calixarène permet d'extraire
efficacement et rapidement les actinides des urines afin de mesurer
leur éventuelle contamination.
L'absence de contamination interne des travailleurs du nucléaire
est notamment surveillée à l'aide d'analyses radiotoxicologiques des
urines et des fèces. Ces analyses étant longues et complexes, l'IRSN
a mis au point un protocole deux à dix fois plus rapide (et donc
d'autant moins coûteux) en utilisant des chélateurs de la famille
des calixarènesGLO,
qui possèdent de grandes affinités avec les actinidesGLO.
[
Nouveau protocole ]
Le principe de ce
protocole simple est fondé sur une technique brevetée par l'IRSN
(Uralix®) qui permet de lier les calixarènes à un
polymère organique ; ceux-ci sont introduits dans des colonnes
chromatographiques. L'urine est d'abord minéralisée afin d'éliminer
la matière organique (ce qui évite l'interaction entre actinide et
matière organique), puis elle est mise en solution à un pH adapté à
l'actinide à analyser. Elle est ensuite introduite dans les colonnes
contenant les calixarènes. Ces derniers piègent alors les actinides
contenus dans l'urine. Il suffit ensuite de les récupérer avec une
solution acide avant de les mesurer par spectrométrie alpha ou par
ICP-MSGLO.
[ Capture acide et
sélective ]
Chaque actinide est extrait
sélectivement de l'échantillon d'urine minéralisée, en choisissant
un type de calixarène et en fixant le pH qui optimise l'efficacité
de l'extraction. Ainsi, le plutonium est retenu sur une colonne
contenant un calixarène portant des fonctions hydroxamiques
(c'est-à-dire un groupement -CO-NH-OH) lorsque le pH de
l'échantillon d'urine a été fixé à 2,8. Il est ensuite éluéGLO
de la colonne à l'aide d'acide chlorhydrique. Pour l'américium et
l'uranium, on utilise un calixarène possédant des fonctions
carboxyliques (c'est-à-dire un groupement -C(O)OH) et le pH de
l'échantillon d'urine est fixé à 5. L'américium est ensuite récupéré
grâce à une solution d'EDTAGLO
à un pH de 3,2 et l'uranium grâce à de l'acide chlorhydrique. Pour
le thorium, l'un ou l'autre type de calixarène peuvent être
utilisés, à un pH proche de 3. Un échantillon d'urine contenant du
plutonium, de l'américium et de l'uranium peut ainsi successivement
passer dans une première colonne pour récupérer le plutonium, puis
dans une seconde colonne pour récupérer l'américium et l'uranium.
Cette technique permet d'extraire 70 à 90 % des
actinides présents dans l'urine, et de les séparer. Afin de
déterminer précisément ce rendement pour chaque échantillon, il est
introduit dans l'échantillon d'urine une quantité connue d'un
isotope de chaque actinide à analyser (traceur), isotope non présent
initialement dans l'échantillon d'urine. La mesure du traceur permet
ainsi d'évaluer l'efficacité du protocole.
Des évolutions
sont actuellement à l'étude en vue de commercialiser la
technique.
Contact :
François Rebière (Laboratoire de radiochimie - LRC)
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192
C'est le nombre d'articles publiés en
2010 par les 120 équivalents temps plein chercheurs statutaires et
les 102 doctorants et post-doctorants de l'IRSN dans des revues à
comité de lecture. |
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Actinides
Série d'éléments chimiques radioactifs du tableau périodique se
situant entre l'actinium (89) et le lawrencium (103), en
particulier : uranium, plutonium, américium,
thorium.
Calixarène
Macromolécule cyclique issue de la réaction d'un phénol et d'un
aldéhyde.
Chélateur
Substance qui peut fixer des ions métalliques en constituant
avec eux un composé soluble et stable.
EDTA
Acronyme de : Éthylène diamine
tétracétique.
Éluer
Détacher un constituant d'une colonne de
chromatographie.
GWj/t
Abréviation de : Gigawatts.jour/tonne, une unité du taux
de
combustion.
ICP-MS
Acronyme de : Inductively coupled plasma mass spectrometry
(spectrométrie de masse couplée à un plasma
inductif).
Potentiel
d'oxygène
Pression d'oxygène, à température donnée, en équilibre avec un
composé oxyde solide. Il représente la capacité du combustible à
oxyder les éléments qui interagissent avec lui.
Pro-delta
Partie d'un delta située sous le niveau de la mer,
immédiatement à l'aval des barres d'embouchures, échappant à
l'action des vagues ou des marées.
Réseau
de neurones artificiels
Un réseau de neurones artificiels s'inspire du fonctionnement
du cerveau et des neurones biologiques. C'est un réseau de
processeurs élémentaires fonctionnant en parallèle et
interconnectés. Chaque processeur élémentaire (neurone artificiel)
calcule une sortie unique sur la base des informations qu'il reçoit.
Le réseau de neurones peut se modifier lui-même en fonction des
résultats de ses actions, ce qui permet l'apprentissage et la
résolution de problèmes complexes sans algorithme, donc sans
programmation classique.
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Combustible
Comportement
des produits de fission dans le combustible Triso
Le comportement des
produits de fission dans le combustible nucléaire détermine notamment la
quantité de radionucléides rejetés en cas d'accident dans un réacteur.
L'IRSN a étudié les différences entre le combustible Triso et le
combustible des centrales à eau sous pression.
Le réacteur à très haute température est l'une des options envisagées
pour la 4ème génération de réacteurs nucléaires. Son
combustible est constitué de particules Triso, formées d'un noyau de
dioxyde d'uranium (UO2) de diamètre submillimétrique, enrobé de
différentes couches carbonées qui ont pour fonction essentielle de
confiner les gaz relâchés du noyau.
[ La tenue des particules Triso
]
Les particules Triso sont soumises à des
températures et des flux neutroniques bien plus élevés que les
combustibles des réacteurs à eau sous pression (Rep) utilisés en France,
ce qui implique un comportement particulier des produits de fission. Au
sein du projet européen Raphael(1), l'IRSN a mené un travail de
recherche pour comprendre le comportement des produits de fission et la
dégradation induite des propriétés de confinement et de la tenue des
particules Triso.
[ Des effets physico-chimiques
déterminants ]
Le comportement des produits
de fission a d'abord été analysé expérimentalement sur des particules
Triso irradiées(2) à des taux de combustion très élevés (100
GWj/tGLO).
Parmi les différences avec le combustible des Rep, le relâchement des gaz
de fission et du césium hors du noyau d'UO2(3) est
beaucoup plus important. De plus, les produits de fission ruthénium et
molybdène sont majoritairement présents dans des inclusions métalliques à
l'intérieur du noyau alors que, dans un combustible Rep et pour des
conditions équivalentes, le molybdène est partiellement oxydé hors des
inclusions métalliques.
Les modèles physiques
détaillés(4) développés à l'IRSN permettent de comprendre ces
observations. Le fort relâchement de gaz de fission s'explique par les
effets conjugués de l'irradiation et de la température : elles
induisent une augmentation très importante de la diffusion atomique qui
fait migrer les gaz vers les joints des grains du combustible favorisant
le relâchement vers l'extérieur du noyau.
La formation d'oxydes de
carbone à partir des couches carbonées diminue fortement le potentiel
oxygèneGLO
du noyau d'UO2 jusqu'à des valeurs inférieures à -450kJ/mol,
très en deçà de celles des combustibles Rep à taux de combustion
équivalent. Dans ces conditions, les espèces stables thermodynamiquement
sont le césium sous forme gazeuse (qui, comme les gaz de fission, migre
jusqu'à l'extérieur du noyau) et le ruthénium et le molybdène sous forme
métallique. Ceci est en accord avec les observations expérimentales
d'inclusions dans le noyau d'UO2. Ces recherches se poursuivent
pour étudier le comportement d'autres produits de fission (baryum,
palladium et argent) dans les combustibles Triso.
Nuclear Research consultancy Group (NRG), Pays Bas,
dans le cadre du projet européen Raphael.
Contact :
Roland Dubourg (Laboratoire d'étude du corium et du transfert des
radioéléments - LETR)
(1) Le
projet Raphael - Reactor for process heat, hydrogen and electricity
generation - est un projet européen du 6ème PCRD sur les
réacteurs à gaz à très haute température (VHTR, Very High Temperature
Reactors).
(2)
Irradiation dans le réacteur à haut flux de Petten à une température
maximale maintenue constante de 1523 K.
(3) Ils
sont relâchés du noyau d'UO2 mais restent confinés à
l'intérieur de la particule.
(4) Les
modèles du logiciel MFPR (Module For Fission Product Release) pour le
combustible Rep et la base thermodynamique Mephista (Multiphase Equilibria
in Fuels via Standard Thermodynamic Analysis).
Confinement
- Déchets radioactifs
Modélisation
de la lixiviation du béton à l'aide d'un réseau de neurones
La prise en compte de
la variabilité des propriétés physiques du béton dans la modélisation de
la lixiviation permet de mieux appréhender la durabilité d'une structure
réalisée avec ce matériau.
Au sein d'une structure construite en béton, les propriétés physiques
du matériau varient selon les gâchées ou les conditions de mise en œuvre.
La prise en compte de cette « variabilité » peut améliorer les
évaluations de sûreté d'installations nucléaires. À cette fin, Thomas de
Larrard a réalisé au cours de sa thèse une caractérisation expérimentale
et une modélisation probabiliste de la lixiviation du béton, c'est-à-dire
de la dissolution du calcium présent dans ce matériau par une eau peu
calcaire.
[
Bases de données et modèles ]
Dans un premier
temps, il a constitué une base de données sur la variabilité des
propriétés mécaniques et physiques du béton à partir de prélèvements
réalisés sur 40 gâchées issues de deux chantiers(1) réels. Dans
un deuxième temps, il a développé un modèle numérique simplifié des
processus physico-chimiques de la lixiviation prenant en compte la
diffusion et la réactivité chimique des espèces calciques, ainsi que les
caractéristiques physiques du béton. Ce modèle s'est révélé très sensible
à deux propriétés du béton : la porosité et la tortuosité. Cette
dernière, qui ne se mesure pas expérimentalement, caractérise l'influence
de la présence des graviers dans le béton, qui ne se dissolvent pas.
[ Réseau de neurones
]
L'identification du coefficient de
tortuosité à partir du modèle mathématique est difficile car elle conduit
à un problème inverse complexe. D'où l'utilisation d'un réseau de neurones
artificielsGLO,
qui établit des liens entre des paramètres d'entrée connus
(caractéristiques du béton, cinétiques de lixiviation, etc.) et en sortie
la tortuosité. Son apprentissage a été réalisé via l'analyse de
500 simulations effectuées avec le modèle de lixiviation sur des jeux de
paramètres élaborés suivant une méthode de Monte-Carlo. Le réseau de
neurones a ainsi permis d'identifier les valeurs du coefficient de
tortuosité des 40 gâchées réelles et d'en déduire la variabilité.
[
Applications ]
Ces travaux ont été utilisés
pour évaluer la durée nécessaire à la lixiviation complète du béton qui
recouvrirait la paroi d'un tunnel où seraient stockés en profondeur des
déchets radioactifs. Lorsqu'elle est calculée en tenant compte de la
variabilité des caractéristiques du béton issue de la base de données,
l'espérance mathématique (ou moyenne statistique) de cette durée peut être
inférieure de 11 % à une valeur de référence calculée de façon
déterministe avec des caractéristiques moyennes et uniformes du béton.
Une amélioration de ces travaux consisterait, outre à considérer
un plus grand nombre de formulations de béton, à les coupler avec des
calculs mécaniques pour évaluer le comportement mécanique à long terme de
la structure dégradée.
LMT-Cachan - ENS Cachan / CNRS / UPMC / PRES UniverSud
Paris. Projet ANR Applet.
Contact :
Frédéric Deleruyelle (Bureau d'expertise et de recherche pour la
sûreté des installations de stockage de déchets radioactifs - Beris)
(1) Tunnel
de l'A86 dans l'ouest parisien, et un viaduc aux alentours de
Compiègne.
Accidents
de fusion du cœur - Physique/chimie
Influence
du molybdène sur le relâchement d'iode gazeux au cours d'un accident de
fusion du cœur
Une thèse soutenue le
6 décembre 2010 a montré expérimentalement le rôle important que joue le
molybdène dans la quantité d'iode relâché dans l'enceinte de confinement
sous forme de gaz en cas de fusion du cœur d'un réacteur nucléaire à eau
sous pression.
Lors d'un accident de fusion du cœur, les quantités d'iode susceptibles
d'être relâchées dans l'environnement constituent une donnée clé pour
évaluer les risques sanitaires. Or le programme expérimental Phébus PF
mené par l'IRSN a montré que les concentrations en iode gazeux mesurées à
court terme dans l'enceinte de confinement étaient sous-estimées par les
modèles existants. Pour corriger cet écart, l'IRSN s'est intéressé aux
processus chimiques qui ont lieu entre le cœur et la brèche dans le
circuit de refroidissement qui, dans cette hypothèse, a conduit à la
fusion du cœur.
[ Cinétiques de réaction plus
rapides ]
La principale idée avancée pour
expliquer l'écart est que, dans le circuit de refroidissement du réacteur,
les temps de séjour des produits de fission et les gradients thermiques
élevés(1) remettent en cause les modèles actuels basés sur une
hypothèse d'équilibre thermochimique. S'ils prédisent l'iode
majoritairement associé au césium sous forme d'aérosols solides, des
espèces différentes peuvent se former hors équilibre. Durant sa thèse,
Marion Lacoue-Nègre a analysé plus particulièrement le rôle du
molybdène(2), qui peut former avec le césium des composés
stables sous atmosphère oxydante puisque les cinétiques de réaction sont
plus rapides. Ainsi, le césium ayant réagi avec le molybdène ne pourrait
plus réagir avec l'iode et la quantité d'iode gazeux rejeté
augmenterait.
[ Piège à césium
]
Des expériences ont été conçues et
réalisées dans un dispositif représentant les conditions du circuit de
refroidissement du réacteur. Les résultats obtenus confirment tout d'abord
que le molybdène accroît nettement la quantité d'iode présente sous forme
gazeuse à la sortie du dispositif. Ainsi, lors des essais réalisés avec un
excès de molybdène par rapport au césium (rapport molaire compris entre 3
et 5) représentatif des quantités en présence lors d'un accident, plus de
30 % de l'iode injecté dans le dispositif est mesuré à l'état gazeux
en sortie. L'analyse par microspectrométrie Raman, l'une des originalités
de ce travail, a permis ensuite d'identifier des dépôts de polymolybdates
de césium. Leur formation a pu être reproduite simplement à l'aide de
calculs de thermodynamique chimique(3) fondés sur le diagramme
de phase MoO3-Cs2MoO4. Ces observations
confirment que le molybdène, en s'alliant au césium, réduit la
disponibilité de ce dernier pour l'iode. La fraction d'iode volatile
augmente alors en conséquence.
Ce travail expérimental se poursuit avec l'étude de l'influence du bore
(présent en quantité significative dans les réacteurs à eau légère) dans
les mêmes conditions (voir Aktis n° 5). L'ensemble des
résultats concourt à améliorer la modélisation de ces phénomènes et
alimente le programme Chip(4) qui leur est dédié.
Laboratoire de spectrométrie infra-rouge et Raman
(Lasir) de l'université de Lille 1.
Contact :
Hervé Mutelle (Laboratoire d'expérimentation environnement et
chimie - L2EC)
(1) En cas
de fusion du cœur, les températures le long du circuit de refroidissement
varient entre 1600 °C à la sortie du cœur et 150 °C après la
traversée des générateurs de vapeur, dans la branche qui retourne vers le
cœur.
(2) Le
molybdène est à l'instar de l'iode et du césium l'un des produits de
fission de l'uranium.
(3) Les
calculs ont pour partie été réalisés avec la base de données Mephista qui
est développée par l'IRSN pour décrire la thermodynamique du combustible
nucléaire.
(4)
Chip : Chimie de l'iode dans le circuit primaire.
Prix
Une doctorante de l'IRSN lauréate d'une bourse L'Oréal -
Unesco - Académie des sciences
Andrea Bachrata a reçu le 10 octobre 2011 une Bourse L'Oréal
France - Unesco - Académie des sciences « Pour les Femmes &
la Science », décernée chaque année à dix jeunes femmes
scientifiques pour la qualité et le potentiel de leurs recherches.
Andrea Bachrata effectue sa thèse sur La modélisation du
renoyage d'un cœur du réacteur fortement dégradé (voir
Aktis n° 5, article « Refroidissement de débris
de cœur par injection d'eau ») au Laboratoire d'étude et de
simulation des accidents majeurs (Lesam) situé sur le centre de
Cadarache (Bouches du Rhône).
Les bourses sont décernées par
un jury de scientifiques présidé par Alain Carpentier, Président de
l'Académie des sciences. D'une valeur de 10 000 euros chacune,
elles sont financées par la Fondation d'Entreprise L'Oréal,
soutenues par la Commission française pour l'Unesco, l'Académie des
sciences, et parrainées par le ministère de l'Enseignement supérieur
et de la recherche.
Publication
Variabilité des dépôts atmosphériques et des
transferts des radioéléments artificiels dans les
sols
L'IRSN publie ce mémoire présenté par Laurent Pourcelot pour son
Habilitation à diriger des recherches, soutenue le 25 janvier 2008.
Il présente des résultats et perspectives de recherche concernant le
comportement des radioéléments artificiels dans la géosphère et la
biosphère.
Ces travaux contribuent à mieux comprendre les
conséquences, en France, des contaminations résiduelles de
l'accident de Tchernobyl, et permettront à l'IRSN de participer, au
niveau international, à l'analyse des conséquences de celui de
Fukushima au Japon.
Collaboration
Rapport d'étape de l'Académie des
sciences
L'Académie des sciences a publié fin juin
2011 sur son site Internet les premières conclusions et le rapport
d'étape de son groupe de travail « Solidarité Japon » sur
les risques sismiques et la sûreté des centrales électronucléaires.
Créé pour répondre à l'appel lancé par le Scientific Council
of Japan au lendemain de la catastrophe qui a frappé le Japon le 11
mars 2011, ce groupe a pour mission d'analyser en continu la
situation et d'en tirer les leçons scientifiques.
L'IRSN a
été longuement auditionné en tant qu'expert, et a contribué de façon
importante à la constitution de ce rapport.
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Radioécologie
Que
deviennent les particules lors d'événements climatiques
extrêmes dans le Golfe du Lion ? |
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Le colloque de restitution finale du
programme Extrema a eu lieu les 4 et 5 mai 2011 à
Cadarache (Bouches du Rhône). Démarré en 2007 sur un
appel à projets de l'Agence nationale de la recherche
(ANR) et soutenu par deux pôles de compétitivité, ce
programme avait pour but d'étudier les processus
climatiques extrêmes qui génèrent des flux de sédiments
ainsi que leur impact sur la redistribution de polluants
au sein des différents compartiments de la géosphère.
Principalement axé sur la quantification et sur la
modélisation, ce travail devrait permettre d'évaluer la
vulnérabilité de l'environnement aux aléas climatiques
au cours des vingt à trente prochaines années.
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Le programme Extrema s'est déroulé entre janvier 2007 et
juin 2011. Objectif : évaluer les conséquences des
événements météo-climatiques extrêmes, comme les crues et les
tempêtes, sur la redistribution des sédiments et des polluants
stockés dans les différents compartiments de l'environnement.
En effet, ces événements libèrent une très forte énergie
capable de déplacer des masses importantes de sédiments sur
des échelles de temps relativement brèves. Complétant d'autres
programmes en cours ou antérieurs, le programme Extrema a
étudié le devenir des éléments traces potentiellement
contaminants, tels que les polluants radioactifs artificiels
(comme le césium-137) et certains contaminants métalliques
stables connus pour leur forte toxicité chimique (Cu, Pb, Cd
et Hg). Tous les compartiments de l'environnement -
atmosphère, fleuves, milieu marin côtier, milieu marin profond
- ont fait l'objet d'une analyse approfondie. Cette étude de
grande envergure sur le Golfe du Lion a pu être réalisée grâce
à l'implication de nombreux organismes de recherche.
[ Un programme
d'acquisition de données ]
La mission des chercheurs reposait sur deux grands
axes. Le premier consistait en l'observation des flux d'eau,
de matière et de polluants afin de les quantifier et
d'identifier les principaux événements contribuant à ces flux.
Pour cela, de nombreuses données ont été collectées au sein
des différents compartiments de l'environnement, en
particulier lors des épisodes météo-climatiques de grande
amplitude, à l'aide de stations de prélèvements et de mesures
positionnées en des points stratégiques dans le Golfe du Lion.
Ces données ont également servi le second axe de recherche, à
savoir la modélisation. Elles ont permis de développer ou de
valider des modèles représentant les transferts de matière
charriée par l'eau depuis la zone côtière jusqu'à la pente
située au bord du plateau continental, et, in fine,
de faire des simulations sur plusieurs années.
[ Des
fleuves à la mer ]
Les
observations indiquent que les fleuves côtiers du sud de la
France ont actuellement tendance à apporter moins de sédiments
à la mer Méditerranée qu'auparavant ; elles ont aussi mis
en évidence que ces apports sédimentaires, vecteurs de
contaminants, varient beaucoup d'une année sur l'autre. Durant
les années humides et « riches » en crues, les
petits fleuves côtiers peuvent apporter à la mer la même
quantité de sédiments que le Rhône. Pendant les années sèches,
leur contribution aux apports totaux peut tomber en dessous de
1 %. Le Rhône a quant à lui été plus spécifiquement
observé entre 2006 et 2010 : les flux de radionucléides
artificiels ou naturels transportés par le fleuve ont été
mesurés tous les mois par la Station observatoire du Rhône à
Arles (Sora). Le but ? enregistrer les variations au
cours d'une année et d'une année à l'autre, et préciser
l'impact des événements extrêmes sur les flux de matières et
de contaminants associés.
[
90 % des flux de matière exportés en quelques jours par
an ]
Les observations ont permis
d'évaluer les quantités de radioactivité transportées vers le
milieu marin en phase particulaire, c'est-à-dire issue des
sédiments, sachant que les déplacements de sédiments sont bien
entendu fortement dépendants des crues. Les relevés ont montré
qu'entre 2006 et 2010, les crues du Rhône sont responsables de
près de 50 % des transports annuels de particules
radioactives. Certaines crues, peu nombreuses sur la période
d'étude, peuvent engendrer jusqu'à 90 % du flux de
matière en seulement quelques jours. L'influence des
« crues semi anthropiques » consécutives à des
lâchers de barrages, jusqu'alors méconnue, a en outre été mise
en évidence. Ces épisodes se caractérisent par de fortes
quantités de matière en suspension dans l'eau qui sont
transférées ensuite au milieu marin. Les résultats ont pointé
les limites des modèles empiriques de flux de matière qui sont
établis essentiellement sur l'hydrologie ainsi que la
nécessité de prendre en compte l'impact des activités humaines
sur le fleuve.
Dans le compartiment
atmosphérique, le programme Extrema a aussi montré que les
nuages de particules, qu'il s'agisse de poussières sahariennes
marquées par les essais nucléaires réalisés à l'échelle
planétaire ou d'aérosols issus d'incendies de forêt en Europe
de l'est, maintiennent la présence de traces de radionucléides
dans l'air (voir Aktis n°5).
[ Remobilisés
par la crue ]
En ce qui concerne
les Éléments traces métalliques (ETM) comme le cuivre, zinc ou
encore le plomb, les chercheurs ont mesuré les variations de
teneur ou concentration lors d'une crue. Dans le cas de la
Têt, l'un des fleuves côtiers, les ETM sont présents en forte
concentration dans les matières en suspension au début de la
crue, c'est-à-dire au moment du lessivage des sols soumis aux
activités humaines. Ensuite, leur concentration diminue
rapidement avec l'augmentation du débit du fleuve et l'érosion
des sols plus profonds où la concentration en ETM est moindre.
Ce résultat confirme que les mesures réalisées pendant les
crues permettent de déterminer « le bruit de fond
géochimique », cette valeur de référence d'une zone
géographique incontournable pour démontrer l'existence d'une
pollution d'origine humaine.
[ Depuis
le début de l'ère industrielle ]
En milieu marin, il était important de connaître
l'état des stocks sédimentaires et l'histoire de leur
évolution sur les cinquante dernières années, pour comprendre
les événements actuels et asseoir la modélisation. L'histoire
des apports à la mer de métaux utilisés dans l'industrie
(comme le mercure) a été reconstituée à l'aide de carottes
sédimentaires prélevées dans le pro-deltaGLO
du Rhône. Ainsi, la concentration en mercure dans les
particules déposées dans cette zone a augmenté depuis le début
de l'ère industrielle (moitié du XIXème siècle)
pour arriver à un pic dans les années 1960, égalant à 15 fois
les concentrations pré-industrielles. Puis, elle a diminué, en
suivant l'évolution de la consommation de charbon en France.
Aujourd'hui elle est encore 4 fois supérieure aux
concentrations pré-industrielles. Des observations similaires
ont été faites à 3000 m de profondeur au large, au bord du
plateau continental du Golfe du Lion.
[ De
l'influence des installations nucléaires
]
Les chercheurs ont aussi
analysé le devenir des radionucléides dans le delta du Rhône.
En étudiant les sédiments accumulés dans les berges du fleuve,
ils ont retrouvé la trace et la chronologie des rejets de
l'industrie nucléaire rhodanienne à partir du milieu du
XXème siècle. L'historique des rejets de
l'installation nucléaire de Marcoule dans le Rhône étant par
ailleurs connu, cette analyse sédimentaire a permis d'une
part, de déterminer les taux de sédimentation dans ces
milieux, et d'autre part, de comprendre les variations
observées des taux de sédimentation et des teneurs en
radionucléides d'un point à un autre du delta. Ces variations
s'expliquent par les transformations naturelles du fleuve.
Ainsi, en bordure de mer, les berges deltaïques ne comportent
pas de radionucléides parce qu'elles se sont formées avant
l'implantation de l'industrie nucléaire. En revanche, les
berges situées plus en amont construites depuis moins de
cinquante ans, peuvent contenir des radionucléides
artificiels. Les teneurs varient essentiellement avec
l'histoire de l'approfondissement du chenal, du déplacement
des sédiments par les crues et des rejets des installations
nucléaires du Rhône.
De manière générale, le changement climatique amplifie la
saisonnalité, occasionnant des sécheresses plus marquées ou
des incendies plus fréquents mais aussi des crues plus
intenses... Le programme Extrema a contribué à quantifier et à
modéliser quelques-unes des conséquences de ce changement
désormais avéré.
Centre de
formation et de recherche sur l'environnement marin
(Cefrem) ; Centre
européen de recherche et d'enseignement des géosciences de
l'environnement (Cerege) ; Ifremer/Laboratoire
environnement ressources Provence Azur Corse
(LER-PAC) ; Ifremer/Laboratoire
environnement profond (EEP/LEP) ; Pôle
d'Océanographie côtière de l'Observatoire Midi-Pyrénées. Laboratoire
d'aérologie (LA Toulouse).
Contact :
Frédérique Eyrolle (Laboratoire d'étude
radioécologique en milieu continental et marin - LERCM)
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