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L'énergie à découvert

 | 
Rémy Mosseri
, 
Catherine Jeandel

Huitième partie. Les impacts environnementaux et sanitaires

7. Les impacts environnementaux de l’énergie nucléaire

Bernd Grambow

Texte intégral

1Il est maintenant acté que l’utilisation industrielle de l’énergie nucléaire impacte notre environnement. Certains impacts sont positifs, comme la limitation du recours aux énergies fossiles, productrices de gaz toxiques et de CO2 (effet sur le climat). Mais ce sont les impacts négatifs qui préoccupent les citoyens. En effet, le potentiel de nuisance environnementale des produits radioactifs d’une centrale nucléaire est tellement élevé que trois barrières sont nécessaires pour les isoler de l’environnement : les gaines métalliques étanches qui enrobent le combustible nucléaire, la cuve du réacteur en acier d’une épaisseur d’une vingtaine de centimètres et l’enceinte de confinement en béton. L’enjeu de cette maîtrise des impacts environnementaux est de s’assurer que toute dispersion de radionucléides* vers l’environnement correspond à une dose pour la population largement inférieure au seuil réglementaire de 1 millisievert par an (mSv/an). Cette condition assure que la dose provenant des installations nucléaires sera toujours largement inférieure à la variabilité de la dose provenant de sources naturelles de rayonnement présentes dans notre environnement (rayonnement cosmique, radioactivité des sols, radon…) qui, en France, varie entre 1,5 et 6 mSv/an selon la région. Cette faible dose doit être assurée tout au long des étapes industrielles de l’extraction de l’uranium à partir des minerais, la purification d’uranium, la concentration des atomes fissiles, la fabrication des combustibles, leur utilisation dans des centrales nucléaires, jusqu’au traitement, l’entreposage et le stockage des déchets.

Impacts des radionucléides dans l’environnement

2Les types de radionucléides et leur importance pour la dose diffèrent selon la situation d’exposition. Lors d’un accident majeur d’une centrale nucléaire ou en cas d’utilisation d’une arme nucléaire, dans les premières 24 heures, les plus dangereux pour l’homme (pouvant provoquer notamment des cancers de la thyroïde) sont l’iode 132 et 132, puis dans la première semaine qui suit, l’iode 131. Concernant l’environnement, les radionucléides à vie moyenne comme le 137Cs (césium) ou le 90Sr (strontium) peuvent contaminer les sols pendant plusieurs centaines d’années (comme pour les accidents de Tchernobyl ou de Fukushima). Pour une exposition à très long terme, les radionucléides à vie longue que l’on trouve à plus fortes doses sont : 14C (carbone), 36Cl (chlore), 99Tc (technétium), 79Se (sélénium), 129I (iode), 239Pu (plutonium), 241Am (américium), 237Np (neptunium). Ce sont eux que l’on cherche à isoler de l’environnement dans les projets de stockage géologique des déchets nucléaires (cf. IV.7).

Niveaux radiologiques

3Les plus importants rejets de la filière nucléaire sont ceux liés aux accidents majeurs. Le « nuage radioactif » provenant de Fukushima était certes détectable en France mais à un niveau négligeable. Encore aujourd’hui, les traces de Tchernobyl sont détectables dans le sol français métropolitain et elles contribuent à environ 0,2 % à la dose de la radioactivité naturelle. Elles s’ajoutent aux retombées radioactives à l’échelle planétaire des essais atmosphériques d’armes nucléaires conduits principalement par les États-Unis, l’URSS, le Royaume-Uni et la France (en Algérie et en Polynésie) entre 1951-1962, et de manière plus faible par la France et la Chine dans des années 1970. Ces essais ont entraîné une exposition d’environ 0,3 mSv/an en 1963 en France, et la radioactivité déposée s’ajoute encore aujourd’hui à la radioactivité naturelle présente dans les sols et représente 1 % de celle-ci. La situation est bien plus inquiétante à proximité des sites de ces accidents majeurs où l’on trouve des zones d’exclusion devenues inhabitables pour des générations à venir. Cependant, à proximité de ces zones, la population est contrainte de vivre sous une dose d’exposition souvent supérieure au seuil réglementaire. Ici, l’analyse des conditions de vie est très complexe car elle ne peut pas être faite uniquement sur des considérations de radioprotection. Il est nécessaire de traiter tous les aspects pertinents tels que la santé, l’environnement, l’économie, le social, la psychologie, la culture, l’éthique, la politique, etc.

4Cependant, en dehors des accidents, le niveau radiologique aux abords des centrales nucléaires est très bas. Ces centrales produisent des effluents* liquides et des rejets gazeux qui sont fortement régulés. Ils contiennent des radionucléides comme des gaz de fission (xénon, krypton…), des produits de fission (iode, césium...), et des produits d’activation (cobalt, manganèse, tritium, radiocarbone...). Leur concentration dans l’environnement est tellement faible que leur détection nécessite l’utilisation de méthodes très sophistiquées. L’ensemble des rejets radioactifs d’une centrale correspond aujourd’hui à moins de 0,1 % de la dose provenant des sources naturelles présentes dans ce même environnement. Une vingtaine de sites pollués par la radioactivité en France constituent encore un risque pour la santé et/ou l’environnement.

5Les rejets (comme le tritium) des sites d’entreposage et de stockage des déchets radioactifs en surface sont également très faibles. En attendant la création du premier site stockage en couche géologique, 99,96 % de la radioactivité des déchets, environ 1020 Becquerels en 2010, se trouve en entreposage et seulement 0,04 % en stockage en surface (déchets de faible activité* à vie courte). Pour limiter tout impact environnemental provenant des déchets de moyenne et haute radioactivité, ceux-ci sont conditionnés avant entreposage dans une forme solide stable, par exemple par un procédé vitrification. Ces matrices solides bloquent la dispersion environnementale et permettent la manipulation lors de l’entreposage. À l’avenir, et si une décision politique favorable est prise, la création d’un centre de stockage dans une formation géologique argileuse permettra d’isoler de la biosphère ces matrices de confinement (projet CIGEO, cf. IV.6), afin de protéger les générations futures (les déchets restent dangereux pendant des millions d’années). Quand ce site de stockage sera fermé (après plus de cent ans), les radionucléides seront piégés pendant plus de 50 000 ans dans la roche. Selon les analyses de sûreté effectuées, les risques de contamination par migration dans les couches géologiques, s’ils existent, restent faibles et ces risques ne concernent probablement pas les prochains milliers de générations.

Dosimètre stationnaire mesurant la dose de radioactivité dans une école primaire de la ville de Nami, dans la préfecture de Fukushima, abandonnée suite à l’accident

6Cependant, les niveaux autorisés de rejets autour du site de retraitement de La Hague sont plus élevés. Certains radio-nucléides, comme le tritium et l’iode, sont libérés pendant le retraitement et rejetés dans l’océan après forte dilution. Le mélange avec l’iode naturel présent dans l’océan limite fortement l’impact sanitaire. Les rejets gazeux dans l’environnement restent 100 fois inférieurs au seuil de dose de 1 mSv/an.

7Concernant le niveau de risque des rejets radioactifs, deux positions s’affrontent souvent. D’abord l’affirmation que les rejets représentent seulement une très faible augmentation d’impact radiologique comparé à celui cent à mille fois plus important de la radioactivité naturelle et sa variabilité territoriale. À l’inverse, le constat que chaque ajout de dose, même très petit, augmente le risque.

Impact environnemental

8Pour évaluer l’impact environnemental, il est important de savoir si les radionucléides sont bio-disponibles et peuvent donc entrer dans le cycle alimentaire. On parle alors de « facteurs de transfert sol-plante ». L’accumulation par les plantes dépend de la mobilité des radionucléides dans l’écosystème naturel, celle-ci étant diminuée par adsorption* à la surface des sols. Néanmoins, les interactions avec les micro-organismes et les substances humiques* sont aussi très importantes.

9Des chercheurs ont par exemple essayé de comprendre le comportement du sélénite radioactif dans les sols (présence d’argiles, d’oxydes de fer, des acides humiques, impact des micro-organismes) pour étudier ces facteurs de transfert du sélénite entre sol et plante. Le comportement du sélénite dans de tels systèmes naturels complexes ne peut être déduit à partir de l’additivité des systèmes simples (minéral/eau/radionucléide). La présence d’argile conduit, par exemple, à une diminution drastique de la sorption* de sélénite sur les oxydes de fer en raison de la compétition avec la sorption de la silice libérée par l’argile. De plus, les acides humiques, très abondants dans les sols, entrent en compétition pour les sites de sorption sur les oxydes de fer alors qu’ils n’affectent pas la sorption du sélénite sur les argiles. Ainsi, il faut des modèles mathématiques fortement couplés pour décrire le comportement observé.

10L’exemple du radiocarbone montre toute la difficulté de la détection et de l’évaluation de l’impact environnemental. Le radiocarbone naturel dans le sol provient de l’interaction des rayonnements cosmiques dans l’atmosphère. Sa quantité contribue pour moins de 1 % à la radioactivité naturelle totale. Des mesures précises sur une période d’observation d’une dizaine d’années ont montré que le radiocarbone issu des centrales nucléaires est 100 fois plus faible que le naturel. Les propriétés de ce radionucléide dans l’environnement dépendent de sa forme chimique. Celui relâché par les centrales est en majorité sous forme inorganique mais il peut aussi être présent sous forme de méthane, monoxyde de carbone, etc. En fonction de sa forme chimique, son comportement dans l’environnement sera similaire ou différent du radiocarbone naturel. Or le cycle du radiocarbone dans l’environnement suit celui du carbone et est donc très complexe car il dépend des échanges entre l’eau, la biomasse, les minéraux carbonatés et la matière organique. Il est par conséquent très difficile de distinguer, le long de la « chaîne de vie », la part du radiocarbone naturel de celle du radiocarbone artificiel, donc contaminant. Dans des écosystèmes terrestres, les plantes absorbent par leurs feuilles le radiocarbone atmosphérique comme le carbone stable. L’immobilisation via la sorption à la surface des feuilles et la photosynthèse* est balancée par la désorption* et la dégradation microbienne de la matière organique.

11Un autre exemple illustre la complexité du suivi des contaminants radioactifs dans l’environnement, celui de l’iode radioactif. Dans les sols, les propriétés de l’iode dépendent principalement de la présence de la matière organique et des conditions physico-chimiques comme l’acidité et l’état d’oxydation des sols. Ce dernier détermine la forme de l’iode dans les sols (iodure ou iodate). L’iodate est, par exemple, immobilisé très fortement dans les sols riches en matière organique et il s’adsorbe aussi sur les minéraux comme les argiles. Dans les sols acides, en revanche, il n’est pas stable et il se transforme en iodure et en iode élémentaire, qui est volatil. Au contraire, la volatilité de l’iode est moindre dans les sols alcalins.

Projets de recherche

12Ces exemples montrent que la chimie environnementale des radionucléides est très complexe. Il reste encore beaucoup de recherches à faire : mise au point de protocoles de mesure à très faible niveau, compréhension de l’impact des très faibles doses, compréhension des transferts et des accumulations de potentiels. Les mesures radioécologiques réglementaires autour des centrales nucléaires devraient permettre de déterminer les marqueurs biologiques et les indicateurs environnementaux les plus pertinents pour évaluer l’impact. Le service SMART du laboratoire SUBATECH analyse régulièrement les eaux, les effluents, les sols et sédiments*, les bio-indicateurs terrestres et aquatiques et les produits alimentaires autour d’un grand nombre de centrales. Il a ainsi détecté fin mars 2011 l’arrivée du « nuage » provenant de Fukushima.

13Le CNRS, en collaboration avec les acteurs du nucléaire, a également mis en place un grand défi « Nucléaire, Énergie, Environnement, Déchets, Société » (NEEDS) où l’impact environnemental est au cœur des préoccupations scientifiques. Il s’agit d’améliorer la compréhension et la modélisation des mécanismes de transfert d’éléments liés aux problématiques du cycle nucléaire entre et au sein des différentes composantes des écosystèmes et des milieux (sol, hydrosphère, atmosphère, biosphère) considérant des effets écotoxiques. Cette approche permet de prendre en compte le fonctionnement des écosystèmes et le cycle des éléments majeurs et de la matière organique. Plus pratiquement, il s’agit aussi d’étudier scientifiquement les impacts observables à Fukushima et Tchernobyl.

Bibliographie

Références bibliographiques

• A. ABDELOUAS et B. GRAMBOW, Radionuclide Behaviour in the Natural Environment, Poinssot and Geckeis ed., Woodhead Publishing Series in Energy, n° 42, Cambridge 2012.

Environmental Consequences of the Chernobyl Accident and their Remediation : Twenty Years of Experience, Rapport du Chernobyl Forum Expert Group "Environment", IAEA, Vienne, 2006.

Table des illustrations

Légende Dosimètre stationnaire mesurant la dose de radioactivité dans une école primaire de la ville de Nami, dans la préfecture de Fukushima, abandonnée suite à l’accident
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/11156/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 409k

Auteur

Physico-chimiste, Directeur Subatech, Directeur NEEDS, Nantes.
grambow@subatech.in2p3.fr

© CNRS Éditions, 2013

Conditions d’utilisation : http://www.openedition.org/6540

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