Radioactivité et environnement

Introduction

 

 

La radioactivité est un phénomène naturel. Dans la nature celle-ci est présente de partout : dans les sols, dans l'eau… Les éléments radioactifs principalement présentent dans notre environnement sont de l'uranium et du thorium. On en trouve dans le sol (oui le sol de votre jardin !) de l'ordre de 2 g d'uranium par tonne de terre et 4 fois plus de thorium, dans l'eau de mer 3 mg par mètres cube, 500 m² de jardin sur 5 mètres de profondeur contiennent de l’ordre de 7.5kg d’uranium. En effet, les plantes absorbent 10% de la radioactivité présente sur terre .Pour les milieux terrestres et aquatiques, le rayonnement alpha contribue de façon importante au débit de dose dû au fond naturel de rayonnement.

 

Différentes expositions naturelles à la radioactivité

 

Concernant le milieu terrestre, la source principale semble être le radon 222 et ses produits de filiation de courte période alors que pour le milieu aquatique, la source principale est le polonium 210.

La présence de rayons cosmiques et de radionucléides naturels ou artificiels dans notre environnement a pour conséquence la radio exposition de toutes les populations indigènes d'organismes.

L’industrie électronucléaire, modifie les équilibres physico-chimiques de la radioactivité naturelle contenue dans les matières utilisées et concentrent celle-ci dans les déchets qu’elle produit. En effet, pendant un démantèlement dans le secteur nucléaire, tous les déchets qui ont pu être contaminés d'une façon quelconque sont en général considérés comme radioactifs, de sorte que leur manipulation et leur évacuation appellent des méthodes spéciales. Une part importante des matériaux utilisés dans la construction et dans l'exploitation des centrales nucléaires peut à long terme être considérée comme déchet faiblement radioactif. Les centrales nucléaires produisent un grand nombre de déchets divers tels que les boues chimiques, les débris de verre, les filtres usés, les gravats provoqués par les opérations de décontamination, les équipements hors d'usage, les dispositifs d'essais, et des matériaux combustibles comme le papier, le bois, les tissus et certaines matières plastiques.De même, l'utilisation croissante de radio isotopes dans l'industrie ou en médecine à des fins de diagnostic et thérapeutiques est à l'origine d'une accumulation de déchets qui, bien que faiblement contaminés, doivent être considérés pour leur élimination comme des déchets radioactifs.

Il s’agit alors de radioactivité naturelle technologiquement renforcée.Celle ci représente un risque éventuellement accru de dissémination dans l’environnement (et donc dans ce cas là d’exposition des Hommes).

Même après l’arrêt de l’activité industrielle ce risque existe toujours car durant le démantèlement d’une centrale nucléaire, des particules radioactives sont encore rejetées dans l’environnement.

Ainsi, les rejets radioactifs d’une centrale nucléaire en démantèlement peuvent exposer les populations par le biais de la contamination de l’environnement terrestre et aquatique notamment.C’est pourquoi il faut considérer tous les modes de contamination de l’environnement comme des voies d’atteinte des populations.

Dans le cas des rejets radioactifs dans l'atmosphère et les eaux superficielles, la radio exposition de certaines des populations sauvages à proximité d’une centrale nucléaire en démantèlement peut s'élever à environ 100 uGray/espèce.Cependant, la radio exposition des organismes sauvages résultant des rayonnements naturels et des radionucléides contaminants (ceux rejetés par une centrale nucléaire durant son fonctionnement et lors de son démantèlement) est relativement limitée.

La flore, la faune et les autres organismes vivants sont considérés comme des parties de l'environnement où des radionucléides pouvaient se disperser facilement Elles sont en quelque sorte des ressources qui, une fois contaminées, risquent d'exposer l'Homme aux rayonnements. En effet, dans la mesure où plantes et animaux, font partie de la chaîne alimentaire, ils peuvent constituer des voies de transfert des radionucléides vers l'homme.

Comme l’homme, la flore, la faune et les autres organismes vivants sont eux-mêmes exposés autant à des rayonnements internes par suite de l'accumulation de radionucléides qu'à des rayonnements externes par suite de la contamination de leurs milieux respectifs.Dans le cas de la faune et de la flore, de la même manière que pour l’homme, la probabilité d'effets préjudiciables est plus grande lorsque les expositions sont plus élevées que la dose attribuable aux rayonnements ionisants naturels. La même chose s’applique aussi aux autres organismes.

Les rejets radioactifs d’une centrale nucléaire en fonctionnement et en démantèlement peuvent être définis par leur composition, leur durée et par d’autres caractéristiques influençant la dispersion de la radioactivité dans l’environnement.

Enfin, les transferts des radionucléides dans l’environnement se font de deux façons : soit par les rejets liquides, soit par les rejets gazeux.

 

1.Contamination par les rejets de radionucléide dans l’atmosphère

 

L’air ambiant est le premier milieu contaminé par les rejets radioactifs dans l’atmosphère dispersés à l’arrêt de la centrale nucléaire par le vent.De plus, il peut être contaminé à nouveau lorsque les particules radioactives déposées au sol sont remises en suspension par le vent.En effet, les radionucléides présents dans l’air, vont se déposer sur les sols et les sédiments, migrer dans les chaînes alimentaires et pourront atteindre l’homme.

Le dépôt des particules radioactives présentent dans l’air ainsi que par ruissellement et lavage par les précipitations des sols contaminés participe à la contamination des eaux superficielles (cours d’eau et plans d’eau).

Ainsi, la dispersion des rejets radioactifs d’une centrale nucléaire en démantèlement dans l’environnement dépend de la vitesse et de la direction du vent ainsi que des précipitations.

Néanmoins les dépôts diminuent par décroissance radioactive et par transfert des radionucléides vers le sol, les plantes et les eaux.

Cependant, il est reconnu que le rejet de déchets radioactifs dans l'environnement risque d'augmenter la dose de rayonnement reçue par les organismes sauvages.

a)La contamination interne de la faune provient :

D’une part de l’inhalation de particules radioactives rejetées dans l’atmosphère par une centrale nucléaire durant son arrêt.

 D’autre part de particules remises en suspension après avoir été déposées, lors de précédents rejets.

 Ces particules radioactives ainsi présentes dans l’atmosphère peuvent engendrer une contamination cutanée résultant de leur dépôt sur la peau des animaux.

Ensuite de l’ingestion de produits contaminés à la suite de rejets atmosphériques ou liquides. Celle ci est fonction du régime alimentaire, du mode de vie des animaux, de l’importance de la contamination des aliments et de la proximité de leurs milieux de vie avec la centrale nucléaire.

b)L’irradiation externe de la faune se fait :

Premièrement ,par une exposition aux déchets radioactifs rejetés dans l’atmosphère par une centrale nucléaire lors de sa mise à l’arrêt.

Deuxièmement, par une immersion dans le milieu liquide.

Troisièmement ,par contact avec les dépôts remarquables sur les berges.

Enfin, par les surfaces inondables lors de rejets en milieu liquide.

Les conséquences d'une pollution atmosphérique varient notablement avec la saison, les radionucléides pouvant se déposer sur un sol agricole nu ou cultivé, sur de jeunes plants ou des végétaux à maturité, alors que les vaches sont à l'étable ou en libre pâturage.

Une partie des éléments radioactifs contenus dans l’air dégagé par la centrale nucléaire en démantèlement est inhalée par la faune et la flore et pénètre dans l’organisme.

Pour la flore, cette pénétration a lieu selon deux modes de transfert :

  • D’une part par le dépôt sur les feuilles des particules radioactives présentes dans l’air.

En effet, les végétaux qui sont à la base de la chaîne alimentaire terrestre : Herbe => vache => viande et lait=>Homme, peuvent être contaminés par dépôt sur leur feuillage des particules radioactives contenues dans l’air. Les radionucléides déposés par les turbulences du vent ou les pluies contaminent directement les feuilles des végétaux (1). Les radionucléides migrent ensuite dans le sol (2), où interviennent les transferts vers les racines (3).

 

 

 

 

Transferts radionucléides dans les plantes

 

Les substances radioactives pénètrent dans tous les végétaux et en particulier ceux destinés à l’alimentation des populations et des animaux dont la viande ou le lait particulièrement consommés. Si les plantes servent à nourrir des animaux de prairies tels que les vaches, la faune absorbe donc une fraction de cette radioactivité qui se retrouve dans leur chair ou dans le lait s’il s’agit de vache .Les transferts de radioactivité dans la viande des animaux sont dus essentiellement à la présence de radionucléides dans la nourriture (herbe, fourrage) et dans l’eau d’abreuvement.

C’est pourquoi, en consommant cette viande ou ce lait, la population absorbe une fraction de cette radioactivité.

L'effet des substances radioactives sur le sol dépend de plusieurs facteurs dont les plus importants sont : la nature du sol, sa température et son degré d'humidité.

Pour ce qui est de la pollution radioactive qui affecte le sol, elle provient de la pollution des eaux stagnantes, ainsi que de l'absorption de la matière radioactive par les diverses cultures et la chute des substances radioactives sur les feuilles des plantes.

  • D’autre part dans les précipitations et le passage par les racines de la radioactivité présente dans le sol.

 

 

 

Transfert des radionucléides présents dans l’air chez les plantes

Une autre partie des éléments radioactifs rejetés durant le démantèlement retombe sur le sol pouvant ainsi contaminer la flore.

C’est ainsi que les légumes cultivés peuvent absorber les éléments radioactifs. Ils présentent un risque de contamination interne après consommation. C’est de cette manière que certains animaux se contaminent par ingestion de végétaux.

Cette part de radioactivité absorbée par les légumes ou céréales peut aussi être absorbée par la population qui les consomme .

En outre, une partie des éléments radioactifs passe dans la nappe phréatique et peut être absorbée par la faune si cette nappe sert à l’alimentation en eau des troupeaux ou ceux en liberté.

Donc, la faune terrestre est contaminée par les radionucléides soit par inhalation d’air où sont présentes des particules radioactives, soit par ingestion d’eau et de nourriture végétale ou animale contaminées. La flore terrestre est quant a contaminée par les radionucléides soit par le dépôt sur les feuilles des particules radioactives présentes dans l’air, dans les précipitations et le passage par les racines de la radioactivité présente dans le sol ou enfin par les particules radioactives se déposant dans les eaux (nappes phréatiques, rivières, lacs...)

 

2.Sensibilité des différents organismes

 

La sensibilité des organismes aux effets létaux (effets provocant la mort) des rayonnements ionisants est très variable .Cette sensibilité des plantes varie beaucoup et chevauche généralement celle des animaux. Les insectes sont beaucoup plus résistants aux rayonnements ionisants que les mammifères. Les mammifères sont effectivement les plus sensibles, suivis des oiseaux, des poissons, des reptiles et des insectes. Les espèces les moins sensibles aux doses aiguës de rayonnements ionisants sont les mousses, les lichens, les algues et les micro-organismes, comme les bactéries et les virus.

 

Dans le but de réglementer la protection de l’environnement contre les rayonnements ionisants, la France et d’autres pays ont établi des limites de doses de radioactivité que peuvent recevoir différentes classes d’êtres vivants avant que celle-ci ne représente un danger pour elles.

Etude des doses maximales de radioactivité que peuvent recevoir certains êtres vivants sans qu’elle n’ait d’effets sur elles

 

 

 

 

ELEMENTS CHIMIQUES ETUDIES 

REJETS DANS LE MILIEU MARIN EN TONNES PAR AN EN FRANCE 

 CHLORURES

39,822 

SODIUM 

27,753 

SULFATES 

2,997

ACIDE CHLORYDRIQUE 

 31,5

SOUDE CAUSTIQUE 

 34,3

CHLORURE FERRIQUE 

 33,2

 EAU DE JAVEL

3,2

ACIDE BORIQUE 

13 

MORPHOLINE

0,945 

HYDRAZINE 

0,578 

 HYDROXIDE DE LITHIUM

0,026 

 AZOTE GLOBAL

0,630 

PHOSPHORE 

0,029

Une grande partie des aliments, plantes, crustacés ont une capacité de captation et de fixation de la radioactivité différente des radionucléides.

 

Les champignons et certaines plantes (ex : thym) constituent des indicateurs biologiques permettant de détecter une accumulation de radioactivité due au transfert par les racines (ou le mycélium).Bien qu’ils ne soient pas des composants essentiels de la ration alimentaire, ils sont susceptibles de jouer un rôle significatif dans l’incorporation de radionucléides par l’homme.

Le champignon est composé de 2 parties:

-Le carpophore est le fruit éphémère du champignon, le carpophore se développe rapidement (en quelques jours, parfois en quelques heures sous certaines conditions de température et d’humidité). Il persiste ensuite quelques jours, parfois plusieurs semaines, puis se décompose.

-Le mycélium est un organisme vivace, constitué de filaments plus fins que des cheveux, qui forment tout un réseau souterrain, généralement concentré dans les premiers centimètres du sol. Il peut cependant s'étendre sur plusieurs dizaines à centaines de centimètres carrés et prospérer pendant des dizaines d'années.

En effet, les champignons sont des organismes vivants particuliers que les spécialistes hésitent à classer : ils sont traditionnellement rangés parmi les végétaux.Cependant plusieurs traits caractéristiques les rattachent au monde animal d’après leur mode de nutrition. Presque tous les végétaux pratiquent la photosynthèse. Les champignons font exception à la règle : dépourvus de chlorophyle, ils sont obligés d'utiliser des substances élaborées par d'autres organismes. Les champignons qui prélèvent leur nourriture dans des organismes vivants : le champignon fournit l'eau et les sels minéraux et la plante apporte les nutriments organiques.Contraints de puiser ses nutriments dans le sol, ils développent une forte capacité d'extraction, et sont dotés de systèmes enzymatiques performants. L'absorption s'effectue grâce à des récepteurs spécifiques situés sur les membranes du mycélium. Capable d'extraire les éléments, stables ou radioactifs, présents dans son substrat, les champignons ont également la particularité de les accumuler grâce à un métabolisme assez lent, et à une certaine longévité de l'ordre de plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines d'années.

Les végétaux chlorophylliens sont généralement bien moins contaminés que le sol dans lequel ils poussent : l'extraction racinaire du césium radioactif est faible. Chez certaines espèces de champignons, le phénomène s'inverse : le mycélium parvient à concentrer le césium. Une étude portant sur les trois premiers centimètres du sol a montré que le mycélium représentait, en moyenne, 5 à 6% de la masse du sol mais contenait plus de 30% du césium.

Ainsi, la radioactivité des champignons est la première à être mesurée comme ils concentrent aisément certains radionucléides donc s’ils présentent une forte radioactivité, alors cela veut dire que leur milieu de culture a été fortement irradié. En effet, on a pu voir se développer des champignons sur les réacteurs de la centrale nucléaire de Tchernobyl car ils ont absorbé la radioactivité présente dans les endroits les plus radioactifs de la centrale lors de l’accident .Il est de même pour les légumes-feuilles (salades), fruits, céréales les plus sensibles aux dépôts directs qui sont donc aussi préférentiellement prélevés.

 

Les écosystèmes forestiers ont une importante capacité d'absorption de la radioactivité, dont ils empêchent la dispersion aux zones avoisinantes.Les forêts jouent un rôle de barrière matérielle contre les courants atmosphériques, et une grande partie des particules radioactives pénétrant dans une forêt vont s'y déposer.Les écosystèmes forestiers vont alors intégrer les substances radioactives dans leurs processus biologiques. En assimilant ces substances radioactives, les forêts constituent une sorte de barrière biologique contre la dispersion de la radioactivité.

Il existe toutefois le risque que les infestations de ravageurs, les maladies et les incendies de forêt puissent transporter les radionucléides loin des zones forestières contaminées.

Les écosystèmes forestiers contaminés nécessitent en particulier une surveillance et une protection de tous les instants contre le risque d'incendie pour empêcher la diffusion de la radioactivité.

En effet, à trop forte doses, la radioactivité aura des effets néfastes sur les écosystèmes forestiers.Cela peut affaiblir les conditions physiologiques des animaux de la forêt, voire même leur système immunitaire, augmentant ainsi le risque de propagation de maladies infectieuses telles que l'encéphalite à tiques et la tularémie.

 

3. Gestion des risques

 

C’est pourquoi , il est nécessaire de réaliser des études de radioactivité sur ces différents organismes qui portent généralement sur le lait et les produits laitiers, les poissons et les mollusques ainsi que sur les principales productions agricoles (céréales, légumes, fruits, vin) et animalières lors d’un démantèlement de centrale nucléaire afin de vérifier qu’ils ne soient pas contaminés par les rejets radioactifs de celle ci. Ces études permettront de détecter une accumulation éventuelle de radioactivité et indiquer une contamination de l’environnement lors d’un démantèlement de centrale nucléaire.

Une des expériences permettant d'étudier les transferts de radionucléides consiste à prélever sur un terrain un bloc de terre et à le placer en laboratoire, dans des conditions climatiques contrôlées. Sachant que les principaux bios indicateurs à surveiller sont les mousses et les lichens, on peut y pratiquer diverses cultures qu'on peut contaminer à différents stades de la croissance. En effet, on remarque que si on fait l’expérience de mettre du lichen. Ces expériences permettent de mettre en évidences les effets des radionucléides sur les cultures étudiés.

 

 

 

4.Contamination par les rejets liquides de radionucléides

 

Les rejets de substances radioactives peuvent avoir lieu dans les rivières, les lacs, les estuaires et les mers. Les substances radioactives peuvent être solubles ou insolubles.

Durant leur fonctionnement et leur démantèlement, les centrales nucléaires rejettent des eaux contenues dans leurs circuits de refroidissement dans les rivières. Les substances radioactives qui y sont présentent emportées par le courant et dispersées par le mouvement de l’eau et par la sédimentation.

Cependant, les zones contaminées par des rejets radioactifs peuvent s’étendrent selon la hauteur initiale du rejet des radionucléides dans l'atmosphère, la contamination directe peut porter sur centaines voire des milliers de kilomètres. Elle décroit toutefois assez rapidement avec la distance. L’extension des sols contaminés dépend de l’importance des déchets radioactifs dans l’air et l’étendue de la zone contenant des eaux contaminées dépend des mouvements de circulation des eaux et de leur vitesse de circulation.

 

 

Effets des rejets liquides d’une centrale nucléaire en fonctionnement et en démantèlement sur l’environnement

 

A-Transfert des radionucléides dans le milieu aquatique

 

Les phénomènes à l’origine de la présence de radionucléides artificiels dans le milieu aquatique sont les rejets radioactifs des centrales nucléaires en fonction et lors d’un démantèlement, mais aussi les effluents radioactifs des usines de retraitement du combustible irradié ainsi que les rejets des centres de recherche et des hôpitaux.

En effet, en tant que milieu récepteur des rejets liquides des installations nucléaires en avant et après leur mise à l’arrêt et des apports éventuels par les eaux de ruissellement, l’eau donc est le vecteur direct de la contamination des composants du milieu aquatique continental et marin (faune, flore, sédiments).Ainsi, la pollution radioactive de l'eau est causée par le déversement de produits radioactifs dans les eaux maritimes, les fleuves, les rivières, les lacs, ainsi que dans les eaux stagnantes.

  • D’une part pour assurer leur refroidissement, les installations nucléaires (donc comme les centrales nucléaires ) prélèvent puis rejettent de l’eau dans les rivières ou la mer.
  • D’autre part, lors d’un démantèlement de centrale nucléaire, après l’arrêt des machines, l’eau qui était dans les circuits de refroidissement va être entièrement rejetée dans la rivière, le lac ou l’océan avoisinant.

Les produits radioactifs se déplacent dans l'eau suivant plusieurs facteurs dont : la nature de l'eau et ses mouvements, la nature des mélanges déversés, les propriétés chimiques des produits radioactifs et les propriétés physiques de l'eau.

Cependant, ces radionucléides peuvent être présents dans l’eau sous différentes formes : dissous ou associés aux particules en suspension, sur de longues distances.

La radioactivité de l’eau peut ainsi être transférée au milieu vivant tels que les plantes et poissons ou dans les sédiments.

La faune aquatique est contaminée par fixation des particules radioactives présentes en suspension dans l’eau et par sa nourriture à base de plantes et d’autres animaux aquatiques contaminés.Certains animaux présentent dans le milieu marin sont également de bons intégrateurs de radioactivité (mollusques, crustacés, poissons). Leur position en fin de chaîne alimentaire en fait de bons intégrateurs des radionucléides qui peuvent être transférés directement par l’eau ou indirectement par leur nourriture.

Les poissons sont les éléments les plus radiosensibles des écosystèmes aquatiques et que des dommages causés aux richesses marines auraient très probablement des effets directs sur les poissons plutôt que sur des organismes se situant à des niveaux inférieurs des chaînes alimentaires. Les éléments les plus vulnérables au cours du cycle de vie du poisson sont les gamètes pendant la maturation et les embryons en développement particulièrement sensibles aux rayonnements.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Transfert des radionucléides par les rejets liquides

 

B-Autres effets

 

Rejets chimiques

 

Lors d’un démantèlement de centrale nucléaire, d’autres rejets liquides autres que les rejets radioactifs sont décelables dans le milieu où ils sont déversés.Or l’eau qui sert au refroidissement d’une centrale nucléaire subie différents traitements chimiques comme la déminéralisation ou la chloration, qui donnent lieu à des rejets tels que sodium, chlorures et sulfates. Néanmoins, cette augmentation en sel et autres substances n’a que peu d’influence sur la faune et la flore aquatique.

 

Rejets thermiques

 

 En ce qui concerne les rejets thermiques sur la faune et la flore marine, ils sont négligeables. En effet, le réchauffement des fleuves reste faible et l’équilibre de l’écosystème n’est pas modifié.Toutefois, la chaleur et les éléments chimiques contenus dans les rejets des centrales affectent peu l’écosystème des rivières et des milieux marins.

 

Réglemention

 

La réglementation française régissant le fonctionnement des centrales impose des limites aux rejets d’eau chaude et aux rejets chimiques. Ces déchets sont gérés par dilution au sein de masses de fluide importantes : océan pour les rejets liquides.Ces rejets importants font l’objet d’une réglementation concernant les concentrations admises le cours d’eau avoisinant (rivière, lac, océan..).

 

 

 

CLASSES D'ETRES VIVANTS CONSIDERES LIMITE DE DOSE DE RADIOACTIVITE OU VALEUR SANS EFFET ENVIRONNEMENTAL  (mGy.j-1)
PLANTES TERRESTRES 10
ANIMAUX AQUATIQUES 10
ANIMAUX TERRESTRES 1
ALGUES MACROPHYTES 2,5
PLANTES TERRESTRES  INVERTEBRES 2,5
INVERTEBRES BENTHIQUES 1,6
PETITS MAMMIFERES 1
POISSONS 0,5
AMPHIBIENS 0,2
PLANTES- INVERTEBRES 1
ANIMAUX POIKYLOTHERMES 0,3
ANIMAUX HEMATOTHERMES (DUREE DE VIE < 5ANS) 0,13
ANIMAUX HEMATOTHERMES (DUREE DE VIE >5ANS) 0,12

 

Etude des rejets d’une centrale nucléaire en démantèlement dans le milieu marin

 

5.Radioactivité de différents milieux naturels

 

Voici les doses de radioactivité que certains éléments ou milieux naturels peuvent absorber quand une centrale nucléaire est en fonction et durant son démantèlement :

•Eau (que l'on peut aussi appeler oxyde de dihydrogène, hydroxyde d'hydrogène ou acide hydroxyque est un composé chimique simple, mais avec des propriétés complexes à cause de sa polarisation) de pluie : 0,3 à 1 Bq/L

•Eau de rivière : 0,07 Bq/L (226Ra et descendants) ; 0,07 Bq/L (40K) ; 11 Bq/L (3H)

•Eau de mer : 14 Bq/L (40K essentiellement)

•Eau de source (minérale) : 1 à 2 Bq/L (226Ra, 222Rn)

•Lait : 60 Bq/L

•Sol sédimentaire : 400 Bq/kg

•Sol granitique : 8 000 Bq/kg

 

Schéma bilan de la circulation des radionucléides dans l’environnement conduisant à l’exposition de l’Homme

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