Laboratoire de recherche sur les transferts de radionucléides dans les écosystèmes terrestres (LR2T)

Contexte et thématiques de recherche

Le LR2T est rattaché au Directeur de l’Environnement au sein du Pôle « Santé et Environnement » (PSE).

Le LR2T mène des études et des recherches dans le but de caractériser les processus d’exposition des organismes vivants aux polluants issus des activités nucléaires (substances radioactives et substances chimiques stables associées) dans les écosystèmes continentaux, aquatiques et terrestres, que ce soit en situation d’exposition chronique ou post-accidentelle. La démarche retenue est la suivante :

• par une approche expérimentale, comprendre les mécanismes mis en jeu, estimer et réduire les incertitudes conceptuelles et paramétriques des modèles décrivant les transferts des polluants dans les écosystèmes, la biodisponibilité et au final l’exposition des organismes ;
• contribuer à l'élaboration des modèles phénoménologiques et des outils opérationnels pour la prédiction de la contamination et de l’exposition des organismes ;
• tester la représentativité des modèles, outils opérationnels et connaissances acquises en laboratoire sur le comportement biogéochimique et l’exposition des organismes, en les confrontant à des observations sur le terrain (ex. zone d’exclusion de Tchernobyl, anciens sites miniers uranifères en France, zone contaminée de Fukushima).

Cette démarche est mise en œuvre en collaboration avec d’autres équipes de l’IRSN et avec différents partenaires à la fois (i) dans le domaine de l’écotoxicologie, pour renforcer la connaissance des relations de causalité (exposition) à effet (réponse écotoxique), et ainsi réduire les conservatismes dans l’établissement d’indices de risque ou de critères de protection pour les écosystèmes ; et (ii) dans le domaine de la radioécologie, en intégrant la dynamique des processus d’échanges aux interfaces entre compartiments (eau, air, sol, sédiments, organismes) et à une échelle temporelle et spatiale plus globale pour l’estimation de l’impact dosimétrique.

Axes de recherche

Les projets de recherche du LR2T sont menés dans le cadre de deux grands axes programmatiques de l’IRSN, dans une approche pluridisciplinaire. L’objectif est d’identifier et comprendre les mécanismes physiques, chimiques et biologiques qui gouvernent, à différentes échelles de temps, la dynamique d’exposition des organismes aux polluants issus des activités nucléaires par :

• l’étude du comportement biogéochimique (spéciation, réactivité, transformations) et des transferts (mobilité, rétention) de ces polluants au sein, et entre les compartiments des écosystèmes terrestres et aquatiques continentaux (sols, sédiments, eau, air, organismes vivants);
• l’étude, via le programme ENVIRHOM des processus de biodisponibilité, des voies de bioaccumulation, d’élimination, et la distribution interne, jusqu’à l’identification des cibles (organe, cellule, molécule) de ces polluants dans les végétaux et animaux aquatiques et terrestres, en prenant en compte leur réalité biologique (interactions moléculaires, métabolisme, physiologie…) ou écologique (habitat, relations trophiques…).

Les principaux projets de recherche en cours sont les suivants :

Transfert des radionucléides dans les milieux (sols, eaux, sédiments)

• Compréhension des mécanismes de transfert/transport réactifs et non réactifs dans la zone non saturée des sols / approches alternatives au Kd pour la modélisation (ex. Cs, Sr, Se, U)
• Constitution d’une base de données nécessaire à la mise en œuvre de modèles alternatifs au Kd

Niveaux d’activités et transferts dans la biosphère terrestre

• Réactivité des radionucléides vis-à-vis des sols et disponibilité racinaire : approches terrain/laboratoire et modélisation
• Transfert des radionucléides aux plantes par voie foliaire
• Transferts et recyclage des radionucléides en milieu forestier (Cs, I, Se, Cl) et impact du cycle de la matière organique dans le sol sur le transfert des radionucléides
• Lessivage des bassins versants et transport de la contamination des sols vers les hydrosystèmes par érosion et ruissellement (ex. du Cs à Tchernobyl et Fukushima)

Biodisponibilité, bioaccumulation et distribution interne dans les organismes

• Interactions des radionucléides (Cs, U, Sr) et des communautés bactériennes des sols (Tchernobyl)
• Identification des mécanismes de transferts racinaires et des transporteurs membranaires des radionucléides (U, Cs, Co) chez les plantes (Arabidopsis)
• Devenir des radionucléides (Cs, U, Sr) à l’interface sol-racine et conséquences sur leur transfert aux plantes supérieures
• Bioaccumulation par voie directe et trophique des radionucléides et distribution dans les organismes aquatiques. Détermination des concentrations internes toxiques
• Spéciation de l’uranium dans des organismes vivants en milieu aquatique :  Développements analytiques et identification des ligands biologiques impliqués dans la séquestration/détoxification et à l’origine des effets toxiques des radionucléides

Stresseurs multiples et processus d’interactions entre contaminants (métaux stables, substances organiques, substances radioactives)

• Développement méthodologique intégré (exposition, effet et risque) en condition de multicontamination (modulation de la biodisponibilité, modèles d’addition CA/IA, intégration dans une approche DEBTox et pour l’évaluation des risques de type msPAF)
• Critères de protection des écosystèmes et outils de surveillance écologique
• Détermination d’une PNECeau de l’uranium conditionnelle aux domaines physico-chimiques
• Étude de la performance de la DGT pour caractériser l'exposition des organismes aquatiques à l'uranium
• Biodisponibilité et écotoxicité de l’uranium dans les sédiments

Equipe de recherche

Chercheurs et ingénieurs

Frédéric Coppin (chercheur)
Laureline Février (chercheuse)
Laurent Garcia-Sanchez (chercheur)
Pascale Henner (chercheuse)
Pierre Hurtevent (ingénieur-chercheur)
Séverine Le Dizès-Maurel (ingénieure-chercheuse)

Arnaud Martin-Garin (chercheur, chef de laboratoire)
Daniel Orjollet (ingénieur)

Techniciens

Loic Carasco

Nadine Cauvin

Sylvie Pierrisnard

Doctorants

Alexandre Flouret (2016-2019)

Hamza Chaif (2017-2020)

Equipements et techniques

Le LR2T utilise la plateforme Ecoritme (Ecotoxicologie des rayonnements ionisants et métaux traces).

Partenariats et réseaux de recherche

Les activités LR2T s'effectuent soit dans le cadre de l'avancée des programmes de recherches propres à l’IRSN, soit pour le compte ou en collaboration avec divers organismes sur le plan national ou international (projets européens…) :

• Partenariat avec les grands acteurs du nucléaire français (CEA, EDF, Andra)
• Partenariat avec les grands organismes de recherche nationaux (Ineris, Inra) et le domaine académique (Universités de Marseille, Montpellier, Bordeaux, Pau, Toulon, Grenoble)
• réseau d’excellence Star & l’Alliance en radioécologie
• Collaboration avec des équipes locales en Ukraine (UIAR, IGS, SSRI) et au Japon (université de Tsukuba)