A modelling exercise on the importance of ternary alkaline earth carbonate species of uranium(VI) in the inorganic speciation of natural waters

International audiencePredictive modelling of uranium speciation in natural waters can be achieved using equilibrium thermodynamic data and adequate speciation software. The reliability of such calculations is highly dependent on the equilibrium reactions that are considered as entry data, and the values chosen for the equilibrium constants. The working group " Speciation " of the CETAMA (Analytical methods establishment committee of the French Atomic Energy commission, CEA) has organized a modelling exercise, including four participants, in order to compare modellers' selections of data and test thermodynamic data bases regarding the calculation of U(VI) inorganic speciation. Six different compositions of model waters were chosen so that to check the importance of ternary alkaline earth carbonate species of U(VI) on the aqueous speciation, and the possible uranium solid phases as solubility-limiting phases. The comparison of the results from the participants suggests i) that it would be highly valuable for end-users to review thermodynamic constants of ternary carbonate species of U(VI) in a consistent way and implement them in available speciation data bases, and ii) stresses the necessary care when using data bases to avoid biases and possible erroneous calculations

The Radioecology Exchange

The Radioecology Exchange (www.radioecology-exchange.org) was created in 2011 under the EU FP7 STAR (STrategy for Allied Radioecology, www.star-radioecology.org) Network of Excellence; (2011-2015). This project aims to integrate radioecological research efforts of European organisations into a sustainable network. In 2013, the EU FP7 COMET (COordination and iMplementation of a pan-European instrumenT for radioecology (2013- 2017); www.comet-radioecology.org) project commenced; COMET will build upon the work initiated under STAR. The Radioecology Exchange has therefore become the web resource for activities from both projects which will ultimately be maintained by the European Radioecology Alliance (ALLIANCE; www.er-alliance.org). The Radioecology Exchange is intended to become a ‘gateway’ for information related to European (and wider) radioecological research

Strategic Research Agenda a tool for structuring research efforts and sharing priorities

International audienceThe presentation by Rodolphe Gilbin at the EPRI-NEA Joint Workshop highlighted the Strategic Research Agenda (SRA) of the European Radioecology ALLIANCE, a network of 32 members across 18 countries dedicated to advancing radioecological research. The SRA serves as a framework for defining long-term priorities, enhancing education, and fostering collaboration in radiation protection research. Key objectives include maintaining a skilled workforce through education and mobility initiatives, optimizing the use of infrastructures, and addressing research challenges such as understanding radiation effects across biological levels, multi-stressor interactions, and ecosystem dynamics. These efforts aim to build confidence in radiation protection, respond to societal concerns, and adapt research to emerging challenges like new nuclear technologies and climate change. The SRA aligns with the goals of the OECD-NEA workshop by emphasizing coordinated, hypothesis-driven research and integrating advanced technologies to deepen our understanding of low-dose radiation effects

Caractérisation de l'exposition des écosystèmes aquatiques à des produits phytosanitaires : spéciation, biodisponibilité et toxicité.<br />Exemple du cuivre dans les eaux de ruissellement<br />de parcelles viticoles (Roujan, Hérault, France).

Thèse en cotutelle (Université de Genève, mention interdisciplinaire / Université Montpellier 1, sciences de l'eau dans l'environnement continental).Auteur actuellement chercheur à l'IRSN ([email protected]).Diffuse pollution due to the application of pesticides is often blamed for groundwater and surface water pollution. In vine growing, copper is still largely used as a fungicide, associated with organic pesticides. The Mediterranean climate leads to runoff and erosion of agricultural fields, favourising the transfer of the pollutants towards surface water. Runoff waters ofvineyards were taken and analysed for the study of speciation, bioavailability and toxicity of copper. The purpose of the methodology was to characterise the exposure to copper compared to the other pesticides used in vines treatment. Toxic effects of copper under controlled conditions and in the samples was evaluated on aquatic organisms (bacteria Vibrio fischeri, algae Pseudokirchneriella subcapitata) and allowed us to validate the observed effect with free-ion concentrations. The primary producers being a privileged target within the framework of the contamination by copper, effects on Pseudokirchneriella subcapitata were evaluated at various levels (growth, membrane integrity, photosynthetic activity, esterasicactivity) in order to improve the comprehension of the toxicity mechanisms. Test results indicate that growth inhibition is the most sensitive endpoint. The observed effects are interpreted according to the chemical speciation of copper in water : physicochemicalcharacterisation and size fractionation (suspended matter, colloids), modelling of chemical speciation (MINEQL+), evaluation of the potential of mobilisation of the copper from particles. The toxic effect of lipophilic metal complexes, which constitutes an exception to thefree ion activity model for bioavailability, was also studied under in vitro conditions. This combined approach (physicochemical characterisation and influence of the speciation of the pollutants on in vitro toxicity) allowed us to identify the parameters that determine transport and toxicity of copper in runoff waters : soil type, rain characteristics and the pesticideapplication (copper, arsenic, Diuron).Les pollutions diffuses d'origine agricole dues aux produits phytosanitaires sont souvent mises en cause dans la pollution des eaux de surface et des eaux souterraines. En viticulture, le cuivre est encore largement utilisé comme fongicide, associé à des pesticides organiques.Le climat méditerranéen favorise un ruissellement et une érosion des sols viticoles, les rendant très propices aux transferts des polluants vers les eaux de surface. Des eaux de ruissellement de parcelles viticoles ont été prélevées et analysées pour l'étude de la spéciation,la biodisponibilité et la toxicité du cuivre. La méthodologie adoptée a eu pour but de caractériser l'exposition au cuivre par rapport aux autres produits phytosanitaires issus du traitement des vignes. L'effet toxique in vitro du cuivre en conditions contrôlées et dans les eaux de ruissellement a été évalué sur des organismes aquatiques (bactérie Vibrio fischeri, algue Pseudokirchneriella subcapitata) et a permis de valider les effets observés par rapport aux concentrations en ion libre calculé. Les producteurs primaires étant une cible privilégiée dans le cadre de la contamination par le cuivre, l'effet sur Pseudokirchneriella subcapitata aété évalué à différents niveaux (croissance, intégrité membranaire, activité photosynthétique, activité estérasique) afin de mieux comprendre les mécanismes de toxicité mis en jeu, et a montré que la croissance est l'indicateur le plus sensible vis à vis de la toxicité du cuivre. Les effets observés ont été interprétés en fonction de la spéciation chimique du cuivre dans leseaux : caractérisation physico-chimique et fractionnement par taille (matières en suspension,colloïdes), modélisation de la spéciation (MINEQL+), évaluation du potentiel de mobilisation du cuivre de la fraction particulaire vers la fraction dissoute. Enfin, l'effet toxique des complexes métalliques lipophiles, qui constitue une exception au modèle de biodisponibilitéde l'ion libre, a été étudié en conditions contrôlées. Cette double approche (caractérisations physico-chimiques et influence de la spéciation des polluants sur la toxicité in vitro) a permis de déterminer les paramètres influents dans le transfert du cuivre et la toxicité dans les eauxde ruissellement : le type de sol des parcelles, les caractéristiques de la pluie et les types d'apports de produits phytosanitaires (cuivre, arsenic, Diuron)

Strategic Research Plans for Environmental Radiation Protection Research

International audienceThe MEENAS webinar on April 18, 2024, featured a presentation by the European Radioecology ALLIANCE, led by Rodolphe Gilbin and colleagues, on strategic research plans for environmental radiation protection. The presentation highlighted the ALLIANCE’s long-standing mission since its founding in 2009 to coordinate research, address long-term priorities in radioecology, and ensure the field's sustainability. Central to the discussion was the Strategic Research Agenda (SRA), updated in 2019 and published in 2021, which identifies key challenges for advancing radioecology. These include improving the prediction of human and wildlife exposure, understanding ecological consequences under real-world conditions, and integrating risk assessments for human and environmental protection. The presentation also detailed the Joint Roadmap for Radiation Protection, developed collaboratively to address societal needs and optimize radiation protection practices. The ALLIANCE emphasized the importance of fostering education and training to maintain a skilled workforce, as well as the development of shared infrastructures like observatory sites at Chernobyl and Fukushima. Looking ahead, the focus is on adapting to new societal and technological contexts, such as artificial intelligence, novel nuclear technologies, and the integration of environmental health considerations into broader frameworks like the UN Sustainable Development Goals. This presentation underscored the ALLIANCE’s commitment to advancing scientific knowledge and addressing societal challenges in radiation protection

Ecosystem approaches in radioecology: ICRER 2024 – refresher Course

International audienceThe presentation titled "Ecosystem Approaches in Radioecology" by Rodolphe Gilbin explores the evolution of radioecology from human-centric studies to a more ecosystem-based perspective. It emphasizes integrating ecological, radiobiological, and environmental sciences to address complex interactions and cumulative impacts of ionizing radiation. The document outlines challenges like multi-stressor interactions, the need for predictive modeling, and data integration across biological scales. It advocates for an ecosystem services approach, aligning with sustainability goals, to improve environmental and human protection frameworks. Finally, it stresses policy implications and calls for interdisciplinary collaboration for holistic impact assessments.La présentation intitulée « Approches écosystémiques en radioécologie » de Rodolphe Gilbin explore l’évolution de la radioécologie depuis les études centrées sur l’humain vers une perspective plus écosystémique. Elle met l’accent sur l’intégration des sciences écologiques, radiobiologiques et environnementales pour traiter les interactions complexes et les impacts cumulatifs des rayonnements ionisants. Le document décrit les défis tels que les interactions multi-stresseurs, la nécessité d’une modélisation prédictive et l’intégration des données à toutes les échelles biologiques. Il préconise une approche des services écosystémiques, alignée sur les objectifs de durabilité, pour améliorer les cadres de protection de l’environnement et de l’humain. Enfin, il souligne les implications politiques et appelle à une collaboration interdisciplinaire pour des évaluations d’impact holistiques

SITUATION IN UKRAINE How the war in Ukraine has affected the radioecology field of research

International audienceThe presentation focuses on the profound impact of the war in Ukraine on the field of radioecology, particularly concerning the Chernobyl Exclusion Zone (CEZ). The conflict has caused significant disruptions, including restricted access to critical research sites, damage to infrastructures, and the halting of long-term studies essential for understanding chronic low-dose radiation effects. Military activities have also resulted in radionuclide redistribution, increased radiation levels, and secondary contamination due to intensified forest fires and explosions. These disruptions have invalidated previous environmental risk assessments and shifted research priorities toward addressing military-driven radiological risks and gaps in emergency response. The war highlights the need for enhanced resilience in monitoring systems, support for displaced researchers, and adaptive strategies to ensure the continuation of essential research. Initiatives like rebuilding research capacity, fostering international collaboration, and developing post-conflict environmental risk assessments are critical to addressing the long-term impacts on radioecology. This presentation aligns with ERPW 2024’s special session on Ukraine by addressing these challenges and proposing actionable strategies to mitigate the conflict’s effects on the scientific community

Biodisponibilité des éléments traces métalliques et des radionucléides en milieu aquatique continental. Implications pour l’évaluation du risque écologique dans un contexte de multi-contamination.

Mes activités de recherche s’inscrivent dans le cadre des enjeux actuels de la protection de l’environnement vis-à-vis des éléments traces métalliques (ETM) et des radionucléides. J’ai développé mes activités de recherche principalement au sein de l’IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire), au sein duquel je suis chercheur depuis fin 2002. Chef du Laboratoire de Radioécologie et d’Ecotoxicologie de 2007 à 2011, puis du Laboratoire de Biogéochimie, Biodisponibilité et Transferts des radionucléides depuis début 2012, j’ai exercé mes activités principalement au sein du projet ENVIRHOM-Eco que je pilote depuis 2008.Ma démarche a été d’allier des études expérimentales couplées à la conception de modèles avec la représentation des processus observés par des modèles, dans un double but de prédire l’exposition (ex. extrapolation à des situations réelles) et d’utilisation opérationnelle pour la caractérisation du risque écologique. Mes recherches s’articulent autour de trois thématiques principales dont la synthèse est présentée dans ce mémoire :-la caractérisation du danger des ETM et des radionucléides pour les organismes aquatiques (Chapitre 1)Ma recherche s’est tout d’abord appuyée sur la conduite de bioessais d’écotoxicité sur différents organismes aquatiques (ex. algues, daphnies) et le développement de marqueurs de réponse sensibles (ex. stress oxydatif, génotoxicité) et représentatifs de la physiologie et de la dynamique de population des espèces. Les différents projets dans lesquels je me suis impliqué m’ont permis de traiter différentes situations d’exposition (uranium, sélénium, cuivre, irradiation externe gamma, contamination interne par des émetteurs alpha et beta, respectivement avec l’241Am, le 3H). Les résultats obtenus sur les effets de l’irradiation gamma et la synthèse de ceux issus de la littérature ont notamment été utilisés pour proposer une méthodologie et des critères de protection radiologique génériques pour les écosystèmes (ERICA).-La détermination de la biodisponibilité des ETM et des radionucléides pour les organismes aquatiques (Chapitre 2)Mon objectif a été de préciser le lien entre la biodisponibilité pour les organismes aquatiques et la spéciation chimique des contaminants en solution (cuivre, uranium). Les résultats obtenus ont permis de valider, mais surtout de déterminer les limites d’application d’outils analytiques permettant la mesure de la labilité des métaux (DPASV, DGT) et de modèles (modèle de l’ion libre, du ligand biotique), notamment pour la prise en comte de la biodisponibilité dans un cadre réglementaire, comme pour la surveillance de l’état chimique des masses d’eau (Directive cadre sur l’eau), la détermination d’une Norme de Qualité Environnementale pour l’uranium, et son intégration dans la démarche d’évaluation du risque écologique.-La prise en compte des expositions conjointes à de multiples contaminants (stables et radioactifs) dans les écosystèmes aquatiques (Chapitre 3)Nos travaux ont mis en évidence que les évaluations du risque écologique liés aux rejets urbains ou industriels aboutissent souvent à l’identification de plusieurs contaminants (radioactifs et stables) à risque potentiel, alors que les connaissances et méthodes utilisées ne permettent pas de représenter de manière pertinente ces mélanges. Ainsi, mon objectif a été d’identifier les interactions entre contaminants stables et radioactifs (ex. U+Se, Cu+3H) par la confrontation des résultats expérimentaux avec les modèles couramment admis d’addition des concentrations et d’indépendance d’action.A l’issue de ce bilan, mon projet visera à confronter des méthodes d’évaluation du risque écologique a priori (détermination du danger en laboratoire) à des informations in situ de caractérisation d’une part de la pression de contamination par des contaminants radioactifs et stables et d’autre part de la santé des écosystèmes. L’objectif de ce projet collaboratif sera double : (1) lever les différents verrous scientifiques et méthodologiques qui limitent encore la détermination du danger par l’extrapolation des connaissances expérimentales (maîtrise des conditions d’exposition en modulant la biodisponibilité, lien avec les concentrations et les doses internes, élargissement des modèles de biodisponibilité et d’effet conjoints à des contaminants multiples) ; (2) la validation des outils de mesure de la biodisponibilité dans des échantillons complexes (ex. présence de matière organique naturelle …) pour en permettre à terme un utilisation pour la surveillance et la quantification des expositions aux ETM et aux radionucléides

Caractérisation de l'exposition des écosystèmes aquatiques à des produits phytosanitaires : spéciation, biodisponibilité et toxicité : "Exemple du cuivre dans les eaux de ruissellement de parcelles viticoles (Roujan, Hérault, France)"

Les pollutions diffuses d'origine agricole (ex.: viticulture) sont mises en cause dans la pollution des eaux de surface. Dans l'objectif de caractériser l'exposition des écosystèmes aquatiques, des eaux de ruissellement de parcelles viticoles ont été prélevées pour étudier la spéciation du cuivre (modélisation chimique, séparation par taille, extraction des particules) et les effets toxiques (bioessais sur bactérie Vibrio fischeri et algue Pseudokirchneriella subcapitata). Outre les paramètres influents dans le transfert du cuivre et la toxicité (type de sol, pluie, apports de produits phytosanitaires), la biodisponibilité du cuivre est influencée par la présence de ligands (dissous, colloïdaux, particulaires) qui limitent la présence d'ions libres biodisponibles. Cependant, certains ligands (oxine, dithiocarbamates) forment des complexes métalliques lipophiles qui augmentent la toxicité. Les résultats obtenus illustrent la complexité de la caractérisation de l'exposition dans des milieux soumis à une multipollution, et la nécessité de valider les modèles chimiques avec les effets biologiques observés