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Évaluation du risque écologique pour les écosystèmes aquatiques continentaux exposés aux rejets duranium : impact radiotoxique et impact chimique Rodolphe.

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Présentation au sujet: "Évaluation du risque écologique pour les écosystèmes aquatiques continentaux exposés aux rejets duranium : impact radiotoxique et impact chimique Rodolphe."— Transcription de la présentation:

1 Évaluation du risque écologique pour les écosystèmes aquatiques continentaux exposés aux rejets duranium : impact radiotoxique et impact chimique Rodolphe GILBIN Laboratoire de Radioécologie et Ecotoxicologie Cadarache

2 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 2/33 Inventaire national des sites miniers duranium programme MIMAUSA 100 km 23 zones minières définies sur tout le territoire (210 sites) avec une concentration particulière dans le massif central Benaize Lacour Gartempe Crouzille Corrèze Cantal Creuse Allier 50 km

3 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 3/33 Sites miniers duranium du Limousin Origine de luranium

4 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 4/33 Contexte Le Groupe dExpertise Pluraliste (GEP mines) Point de départ : remise en état des sites conforme aux objectifs de protection des populations et de lenvironnement Analyses divergentes sur les conditions de cette remise en état Développements judiciaires et médiatiques importants Novembre 2005 : création par MEDDAT dun Groupe dExpertise Pluraliste (GEP) sur les sites miniers duranium du Limousin Plus de vingt experts de disciplines et dorigines diverses, incluant des institutionnels français et étrangers, des associatifs, des experts indépendants, et lindustriel Regard critique sur les documents techniques fournis par lopérateur minier AREVA NC (Cogema) pour les sites de la Haute-Vienne, afin déclairer ladministration et lexploitant sur les options de gestion et de surveillance à long terme des installations Origine de luranium

5 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 5/33 La composition du GEP mines Groupes de travail dédiés compétences mobilisées : sciences de la terre, environnement et radioprotection compétences élargies en fonction des besoins par la sollicitation dautres experts GROUPE PLENIER GT1 Terme source et Transferts à lenvironnement GT2 Impacts environnementaux et sanitaires GT3 Cadre réglementaire Surveillance à long terme GT4 Mesures Origine de luranium

6 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 6/33 Principales pistes classiques de raffinement Caractérisation du risque Dune approche déterministe vers une approche probabiliste Analyse des expositions/effets De la concentration toale vers biodisponible Concentration totale de lélément Concentration dissoute de lélément (spéciation physique) Fraction labile de lélément (spéciation chimique) Fraction biodisponible de lélément (spéciation biologique) Méthodologie

7 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 7/33 Mise en œuvre Méthodologie Étude préliminaire Risque ? Stade 1 : screening Stade 2 : étude générique Stade 3 : étude détaillée Risque ? « Screening+ » sur le bassin versant du Ritord Concentrations totales Concentrations dissoutes Caractérisation déterministe et probabiliste du risque chimiotoxicitéradiotoxicité Conclusions Prise en compte de linfluence de la spéciation chimique De luranium : - générique - site spécifique Perspectives

8 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 8/33 Létape de screening de lERE Application au bassin versant du Ritord

9 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 9/33 chimiotoxicitéradiotoxicité Inventaire des toxiques U 235 U 238 U 234 U Screening Ritord : problème – expositions – effets – risque

10 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 10/33 Inventaire des milieux récepteurs zone de référence potentielle Screening Ritord : problème – expositions – effets – risque

11 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 11/33 Inventaire des organismes cibles Taxonomie (Classe)Espèce modèle ChlorophycophytesAlgue verte unicellulaire Phanérogames (Angiosperme)Myriophylle Phanérogames (Gymnosperme)Pin Arthropodes (Insecte)Chironome Éphémère Arthropodes (Crustacé)Daphnie MollusqueAnodonte Vertébré (Poisson)Gardon Perche Carpe Poisson-chat Vertébré (Amphibien)Grenouille Vertébré (Oiseau)Colvert Vertébré (Mammifère)Rat musqué Screening Ritord : problème – expositions – effets – risque

12 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 12/33 Inventaire des voies datteinte Screening Ritord : problème – expositions – effets – risque

13 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 13/33 Légende : Ellipses représentatives des organismes (proportionnelles) Animal Plante terrestre Plante aquatique Couches représentatives des milieux Sédiment Eau Air Exposition aux rayonnements ionisants : modèle conceptuel Screening Ritord : problème – expositions – effets – risque

14 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 14/33 Données disponibles Pas de mesure Eau et sédiments Eau seulement Sédiments seulement EauSédimentsVégétaux Ra226Formes dissoutes Formes particulaires Total U238 (exprimé en masse)Formes dissoutes Formes particulaires Total Pb210Non mesuréTotal Th234, Bi214, Pb214Non mesurésTotal, occasionnellementNon mesurés Screening Ritord : problème – expositions – effets – risque

15 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 15/33 équilibre Concentrations dans leau Coeff de partage eau/gaz (0,4 à 8°C) Rapport isotopique Unat Screening Ritord : problème – expositions – effets – risque

16 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 16/33 Radionucléide EauSédiment 238 U MesureMesure ou application du Kd 234 Th, 234m Pa, 234 U, 230 Th Équilibre avec 238 UApplication du Kd 226 Ra Mesure Mesure ou application du 50 ème percentile du ratio 226 Ra/ 238 U sur concentration en 238 U des sédiments 222 Rn Équilibre avec 226 Ra Application du Kd 218 Po, 214 Pb, 214 Bi, 214 Po, 210 Bi, 210 Po 210 Pb Mesure ou application du 50 ème percentile du ratio 210 Pb/ 238 U sur concentration en 238 U des sédiments 235 U, 231 Th, 231 Pa, 227 Ac, 227 Th, 223 Ra Équilibre avec 238 U après application du rapport isotopique naturel 238 U/ 235 U Application du Kd 219 Rn 215 Po, 211 Pb, 211 Bi, 207 Tl Détermination des PEC tous compartiments

17 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 17/33 Vérification équilibre radioactif concentration théorique gamme de variation de la concentration mesurée limite de détection Dans les compartiments eau, sol de berge, plantes et poissons Screening Ritord : problème – expositions – effets – risque

18 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 18/33 chimiotoxicitéradiotoxicité Détermination PNEC et PNEDR Best-EstimateCentile 5%Centile 95% vertebrateinvertebratealgae Ajustement dune loi log-normale Valeurs de référence chimiqueValeurs de référence radiologique HC 5 (µg U.l -1 ) SF (s.d.) PNEC (µg U.l -1 ) HDR 5 (µGy.h -1 ) SF (s.d.) PNEDR (µGy.h -1 ) Meilleure estimation3, IC 95%0, Sans objet Sans objet Screening Ritord : problème – expositions – effets – risque

19 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 19/33 Caractérisation du risque Méthodes déterministes Méthodes probabilistes Screening Étape générique Étape spécifique Méthodologie

20 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 20/33 chimiotoxicitéradiotoxicité Approche déterministe indice de risque Indice de risque ajouté Indice de risque total eau années indice de risque années indice de risque eau sédiment En une même station Screening Ritord : problème – expositions – effets – risque

21 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 21/33 chimiotoxicitéradiotoxicité Approches probabilistes Comparaison des distributions exposition effet dans 95% des cas d'exposition, au plus entre 6 et 33% d'espèces affectées Screening Ritord : problème – expositions – effets – risque

22 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 22/33 chimiotoxicitéradiotoxicité Conclusions Stade 1 : screening Risque ? Stade 2 : étude générique Concentrations dissoutes Risque ? probabiliste déterministe probabiliste déterministe sédiment eau Stade 3 : étude détaillée Arrêt processus dévaluation eau Screening Ritord : problème – expositions – effets – risque

23 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 23/33 Prise en compte de linfluence de la spéciation chimique Application à la chimiotoxicité de luranium / Ritord

24 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 24/33 Intégrer la notion de biodisponibilité de luranium dans lanalyse des effets écotoxiques Rapporter les données décotoxicité à des conditions physico-chimiques standardisées Transposer ces résultats aux conditions physico-chimiques représentatives du Ritord => PNEC site spécifique Illustrer linfluence de cette approche sur les résultats de lanalyse de risque pour le Ritord Objectifs Spéciation Ritord : principes – effets – expositions - risque

25 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 25/33 Comment accéder à la spéciation de luranium ? À faire pour les données deffet ET dexposition Information généralement non fournie Mais caractérisation physico-chimique milieux potentiellement accessible Spéciation a posteriori via la modélisation Loutil mis en œuvre : JCHESS (Chemical Equilibrium of Species and Surfaces ) Modèle de spéciation dédié à la simulation de létat déquilibre de systèmes aqueux complexes Développé par lÉquipe Hydrodynamique et Réactions (centre de Géosciences, Mines Paris Tech) Spéciation fonction de : température pH Eh concentrations des différentes espèces chimiques présentes dans le système ions majeurs : Ca 2+, Mg 2+ (ou dureté totale), Na +, K +, PO 4 3-, CO 3 2- (ou alcalinité totale), SO 4 2-, NO 3 - et Cl - teneur en matière organique de leau Pressions partielles des gaz Paramétrisation : constantes thermodynamiques caractéristiques Sept bases de données thermodynamiques Dautres en cours délaboration base IRSN dédiée à luranium Spéciation Ritord : principes – effets – expositions - risque

26 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 26/33 12 valeurs : 4 / producteurs primaires 6 / invertébrés 2 / vertébrés réparties sur : 6 taxons 8 espèces 11 références 70 valeurs (EC 10, MATC) réparties sur : 7 taxons 17 espèces 23 références Investigations complémentaires ALGUES VEG. SUP. CRUSTACÉS CNIDAIRES INSECTES POISSONS AMPHIBIENS Données décotoxicité Spéciation Ritord : principes – effets – expositions - risque

27 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 27/33 Information physico-chimique disponible Température pH Oxygène dissous Pression partielle de CO2 Dureté Alcalinité Ca Mg Na K Cl SO4 NO3 PO4 Fe Al Si Carbone organique total (TOC) Carbone organique dissous (DOC) Composé simulant la matière organique ou nature de l'eau utilisée Force ionique Conductivité Spéciation Ritord : principes – effets – expositions - risque

28 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 28/33 Information physico-chimique à générer Dureté (ratio Ca 2+ /Mg 2+ constant) Équilibre calco-carbonique Pas de précipité Pas de MO Cinq combinaisons C1 : UO 2 2+ C2 : UO 2 2+, UO 2 (OH) + et UO 2 (OH) 2 C3 : UO 2 2+ et UO 2 CO3 C4 : UO 2 2+, UO 2 (OH) +, UO 2 (OH) 2 et UO 2 CO 3 voir C5 : UO 2 2+, UO 2 (OH )+, UO 2 (OH) 2, UO 2 CO 3, UO 2 H 3 PO 4 2+ et UO 2 HPO 4 Spéciation Ritord : principes – effets – expositions - risque

29 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 29/33 SSD log-normale (cohérence/screening) PondérationParamètres statistiquesHC 5 TaxonEspèceKSpR²mol U/l C1non 0,0920,9447 nonoui0,0890,9558 C2non 00,8173 nonoui0,0020,8451 C3non 0,50,95126,30E-10 nonoui0,0020,9435 ouiProducteurs primaires : 1 Invertébrés : 10 Vertébrés : 1 non0,0150,97 ouiProducteurs primaires : 1 Invertébrés : 1 Vertébrés : 10 non00,778 ouiProducteurs primaires : 10 Invertébrés : 1 Vertébrés : 1 non0,0280,9095 C4non 0,0380,9179 nonoui0,0130,9144 C5non 0,0230,9107 nonoui0,0010,8847 SF 1 : PNEC biodispo de 0,15 µg U biodisponible/l Meilleur ajustement C4 : log-logistique (0,22 µg U/l) Spéciation Ritord : principes – effets – expositions - risque

30 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 30/33 Spéciation Ritord : principes – effets – expositions - risque Information physico-chimique disponible étude particulièresuivi internannuelcampagne 2007 pH température O2O2 Na K Cl Ca Mg SO 4 As Ba U Ra conductivité Al Si Fe Mn Tl P F NO 3

31 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 31/33 Spéciation Ritord : principes – effets – expositions - risque Spéciation in situ Hypothèse C3 Variabilité spatio-temporelle => pas de PNEC rivière et/ou saison Rôle de la MO

32 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 32/33 Spéciation Ritord : principes – effets – expositions - risque Spéciation in situ Hypothèse C3 Variabilité spatio-temporelle => pas de PNEC rivière et/ou saison Rôle de la MO

33 R. Gilbin - Master II EcoSystèmeS - Module FMOE326 – 7/12/2009, Montpellier 33/33 Conclusions Faisabilité démontrée, MAIS Nombreuses données manquantes => hypothèses Pas de MO ! Spéciation purement modélisée => incertitudes Compléments de preuves Fraction labile (DGT - Diffusive Gradients in Thin films) Biomarqueurs Bioindication À démontrer… Spéciation Ritord : principes – effets – expositions - risque + sédiments + rôle de la MO


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