Distribution spatiale des dépôts de plutonium dans les sols de la région de Fukushima
Publié par Isabelle le 25/05/2018 à 12:00
Source: CEA
Distribution spatiale et évolution temporelle des concentrations de plutonium dans les sols et les rivières de la région de Fukushima.


Décontamination des rizières dans le village d'Iitate (Préfecture de Fukushima, Japon) © CEA

​Des chercheurs du Laboratoire des sciences du climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la...) et de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme...) (LSCE – CEA/CNRS/UVSQ), en collaboration avec le CEA de Bruyères-le-Châtel et l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) de Tsukuba au Japon, ont montré que la distribution spatiale des dépôts de plutonium (Le plutonium est un métal lourd de symbole chimique Pu et de numéro atomique 94, très dense — approximativement 1,74 fois plus lourd que le plomb — radioactif et toxique, découvert aux...) dans les sols de la région de Fukushima suit globalement celle du radiocésium également émis lors de l'accident de 2011. De plus, l'analyse des sédiments de rivière (En hydrographie, une rivière est un cours d'eau qui s'écoule sous l'effet de la gravité et qui se jette dans une autre rivière ou dans un fleuve, contrairement au fleuve qui se jette, lui, selon...) au fil des années a mis en évidence une diminution de moitié de la concentration en plutonium entre 2011 et 2014. Ces résultats sont publiés en ligne dans Environnemental Pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu considéré et selon ce que l'on peut entendre par malsain...) le 4 mai 2018.

​Grâce à des méthodes et des instruments de pointe permettant de mesurer de très faibles concentrations de plutonium dans les sols, des chercheurs du Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (LSCE, CEA/CNRS/Université de Versailles-St-Quentin-en-Yvelines) et leurs collègues du CEA/DAM et de l'Université de Tsukuba (Japon) ont pu montrer que la distribution spatiale des dépôts de plutonium dans les sols de Fukushima était globalement similaire à celle du radiocésium. Par contre, lorsque les sols de la région sont érodés par les puissants typhons auxquels le Japon est fréquemment exposé, le plutonium issu de la centrale accidentée de Fukushima est exporté préférentiellement par les rivières jusqu'à l'Océan Pacifique (L'océan Pacifique, qui s'étend sur une surface de 180 000 000 km², est l'océan le plus vaste du globe terrestre. Il comprend entièrement...), car il est concentré à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet...) des sols. Les traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la responsabilité de la Commission européenne dans le cadre du premier pilier de...) infimes de plutonium issu des essais thermonucléaires des années 1960 ont, au contraire, été homogénéisées à travers l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) de la couche labourée des rizières par les pratiques agricoles lors des dernières décennies.

Globalement, les concentrations de plutonium ont diminué de moitié dans les sédiments de rivière entre 2011 et 2014 (passant d'un maximum de 95 fg/g (fg = femtogramme, 10-15 gramme) à 45 fg/g). De plus, la contribution de plutonium issu de la centrale accidentée de Fukushima diminue passant d'un maximum de 30 % du plutonium contenu dans l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) à un maximum de 10 %. Une baisse similaire est observée pour la contamination en radiocésium qui peut s'expliquer par l'érosion importante et l'export sédimentaire générés par les typhons, les glissements de terrain et les travaux de décontamination menés dans la région. Ces opérations consistent à décaper l'horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en physique, philosophie, littérature, et bien d'autres...) superficiel des sols sur 5 cm, qui concentre 95 % à 99 % du radiocésium, et à l'entreposer au sein de sites de stockage temporaires.

La seule exception à cette baisse générale est observée à l'aval de la première zone de la région à avoir été décontaminée, pour laquelle on observe bien une très forte baisse des teneurs en radiocésium (jusqu'à 90 %) mais aussi une augmentation de la part du plutonium émis en 2011 passant de 12 à 39 %, ce qui reste inférieur à la contribution des essais de 1960. Ces résultats montrent qu'une fraction du plutonium peut être remobilisée par des processus différents de ceux qui gouvernent les transferts de radiocésium, et qu'il est probablement véhiculé par des microparticules transportées par des processus éoliens. Il convient désormais d'identifier et de caractériser ces microparticules au vu de la longue demi-vie (La demi-vie est le temps mis par une substance (médicament, noyau radioactif, ou autres) pour perdre la moitié de son activité pharmacologique,...) de certains de ces isotopes et de leur rémanence potentielle dans l'environnement.

L'accident de la centrale de Fukushima Dai-ichi de mars 2011 a conduit à l'émission d'une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) importante de radionucléides et à leur dépôt sur les sols du Nord-Est (Le nord-est est la direction à mi-chemin entre les points cardinaux nord et est. Le nord-est est opposé au sud-ouest.) du Japon. En plus du radiocésium (134Cs et 137Cs) qui a été émis en abondance, des ultra-traces de plutonium ont été trouvées dans les sols et sédiments de la région. L'étude du plutonium est importante car le comportement de cet élément dans l'environnement peut différer notablement de celui du radiocésium. De plus, les périodes radioactives de la plupart des isotopes du plutonium (jusqu'à 376 000 ans) étant globalement plus longues que celles du radiocésium (jusqu'à 30 ans), le plutonium permet d'étudier le marquage environnemental de l'accident sur une durée plus importante.

Une première étude réalisée en 2014 (Evrard et al., 2014) a permis de montrer que les concentrations de plutonium dans les sols ou les sédiments de rivières de la région de Fukushima sont de l'ordre de quelques dizaines de femtogrammes par gramme (Le gramme est une unité de masse du Système international (l'unité de base est le kilogramme) et du système CGS. L'abréviation du gramme est g.) d'échantillon. Ce plutonium provient de deux sources: (1) les essais thermonucléaires atmosphériques des années 1960 et (2) l'accident de Fukushima. Pour déterminer la contribution relative de ces deux sources de plutonium qui se trouve dans les sols et les sédiments de cette région du Japon, il faut analyser leur composition isotopique. Pour y parvenir, il est nécessaire de concentrer et purifier le plutonium des échantillons par des méthodes de séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs...) et purification radiochimiques, puis de réaliser des mesures isotopiques avec un spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant d'étudier de décomposer une quantité observée — un faisceau lumineux en spectroscopie, ou bien un mélange de molécules par exemple en...) de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse...) par plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes étoiles à neutrons avant...) à couplage inductif de haute sensibilité et équipé d'un dispositif de multi-collection des ions. Ces techniques sont maîtrisées par le Département Analyse, Surveillance, Environnement (DASE) de la Direction des Applications Militaires (DAM) du CEA sur le site de Bruyères-le-Châtel (Essonne).

Ces résultats ont été obtenus dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...) AMORAD (Amélioration des modèles de prévision de la dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un milieu dispersif, c'est-à-dire dans lequel les différentes fréquences constituant l'onde ne se propagent pas...) et d'évaluation de l'impact des radionucléides au sein de l'environnement) financé par le programme des investissements d'avenir en radioprotection (La radioprotection désigne l'ensemble des mesures prises pour assurer la protection de l'homme et de son environnement contre les effets néfastes des rayonnements ionisants.) et sûreté nucléaire (La sûreté nucléaire est un terme définissant l'ensemble des activités ayant trait au maintien de l'intégrité des mécanismes, process, outils ou instruments contenant de la matière radioactive,...) (projet ANR-11-RSNR-0002).

Références publication:
​Jaegler, H., Pointurier, F., Onda, Y., Hubert, A., Laceby, J.P., Cirella, M., Evrard, O. (2018). Plutonium isotopic signatures in soils and their variation (2011–2014) in sediment transiting a coastal river in the Fukushima Prefecture, Japan. Environmental Pollution 240C, 167-176. DOI: 10.1016/j.envpol.2018.04.094
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