Testing models for predicting the behaviour of radionuclides in aquatic systems

The paper describes the main results of the international EMRAS model testing exercise for radionuclide transport in watershed-river and estuarine systems. The exercises included the following scenarios: multi-point source of 3 H discharge into the Loire River (France), radioactive contamination of the Dnieper–Southern Boug estuary (Ukraine), remobilisation of radionuclide contamination from the Pripyat River floodplain (Ukraine) following the Chernobyl accident, release of radionuclides into the Techa River (Russia) and behaviour of 226Ra in the Huelva estuary (Spain

Transfert jusqu'a l'estuaire des radionucléides rejetés par les CNPE du bassin de la Loire

Les radionucléides d'origine anthropique présents dans le bassin fluvial de la Loire se composent des émissions de centrales électriques d'origine nucléaire, des retombées d'anciens essais d'armes nucléaires et de l'accident de Tchemobyl. Depuis 1963, le nombre de ces centrales nucléaires a régulièrement augmenté, atteignant en l'an 2000, 14 unités implantées sur 5 sites différents, dont 4 sur la Loire ellemême et le dernier sur son affluent la Vienne. Chacune de ces centrales procède périodiquement à des rejets radioactifs résiduels de faible niveau dans la Loire, à l'origine d'une exposition dosimétrique très faible à proximité des sites, ainsi que le montrent les calculs d'évaluation de l'impact, confirmés par les surveillances environnementales effectuées autour de tous les sites en fonctionnement. Il était toutefois nécessaire d'évaluer dans quelle mesure la succession de plusieurs centrales nucléaires sur le même réseau fluvial était susceptible d'augmenter les concentrations de radionucléides dans l'environnement aval, et d'affecter éventuellement la dose individuelle reçue par la population. Pour répondre à cette question des effets cumulés à long terme, EDF a lancé en 1998 le "Programme radioécologie Loire", qui a associé trois approches complémentaires comprenant des études sur le terrain, des expériences en laboratoire et des modélisations numériques, en prêtant une attention particulière aux éventuelles accumulations de radionucléides dans les sédiments du fleuve et de son estuaire. En raison des différences marquées qui distinguent l'environnement d'eau douce du milieu estuarien, chacun de ces deux écosystèmes a fait l'objet d'une étude spécifique. En ce qui concerne la partie fluviale, les concentrations en radionucléides des phases dissoutes, particulaires et sédimentaires ont été évaluées à l'aide du modèle CRESCENDO, dont le développement et la validation ont nécessité plusieurs étapes en vue de représenter d'abord les phénomènes hydrauliques et de transport par l'élaboration d'un modèle 1D de 350 km de long, associé, lors d'une deuxième étape, aux éléments suivants : – un modèle de dynamique des sédiments, étalonné par une étude des zones de décantation des particules fines que sont par exemple les barrages et les rivages, – un modèle d'échange de contamination entre l'eau et les particules en suspension, provenant d'expériences en laboratoire réalisées pour les différentes catégories de masses d'eau. Après chaque étape, les valeurs calculées ont été comparées à des résultats de mesures in situ comme les concentrations quotidiennes de tritium relevées à Angers, limite aval du fleuve, afin de confirmer que le modèle représentait fidèlement les processus impliqués. Lors de la dernière étape, on a calculé avec le modèle CALVADOS les doses individuelles reçues par la population à différents endroits du cours de la Loire. Les radionucléides pris en compte en raison de leur importance relative dans les rejets liquides des centrales ont été les suivants : tritium, 14C, 58Co, 60Co, 110mAg, 134Cs, 137Cs, 54Mn, 124Sb et 131I. Dans la zone estuarienne, 8 campagnes de prélèvement d'eau, de M.E.S et de sédiments ont été réalisées sur une période de 15 mois. L'analyse radioactive couvrait le 14C, le 90Sr et le 3H, ainsi que les émetteurs gamma, d'origine naturelle (chaînes de désintégration de l'uranium et du thorium, 7Be et 40K) ou artificielle (principalement les isotopes du cobalt et du césium). En se basant, d'une part, sur les résultats des mesures et, d'autre part, sur les résultats de la modélisation 2D sur 4 marées des échanges et du transport des radionucléides, un modèle simplifié de l'estuaire, MOBHYDYS, a été développé pour décrire le devenir des radionucléides sur de plus longues périodes. Il calcule avec un pas de temps journalier le bilan entrée-sortie de l'estuaire et les concentrations moyennes dans l'estuaire. Ce modèle a été appliqué au tritium, au cobalt 60 et au césium 137 sur la période 1994 à 1999. Il a permis d'évaluer, en complément aux 8 campagnes de mesures, les stocks de radionucléides présents dans l'estuaire, les flux expulsés vers l'océan, et la part représentée par les rejets des centrales nucléaires, dans cet inventaire

Determination of the residence time of suspended particles in the turbidity maximum of the Loire estuary by 7Be analysis

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Hydrogen dynamics in soil organic matter as determined by 13C and 2H labeling experiments

International audienceUnderstanding hydrogen dynamics in soil organic matter is important to predict the fate of 3 H in terrestrial environments. One way to determine hydrogen fate and to point out processes is to examine the isotopic signature of the element in soil. However, the non-exchangeable hydrogen isotopic signal in soil is complex and depends on the fate of organic compounds and microbial biosyntheses that incorporate water-derived hydrogen. To decipher this complex system and to understand the close link between hydrogen and carbon cycles, we followed labeled hydrogen and labeled carbon throughout near-natural soil incubations. We performed incubation experiments with three labeling conditions: 1 – 13C 2H double-labeled molecules in the presence of 1H2O; 2 – 13C-labeled molecules in the presence of 2H2O; 3 – no molecule addition in the presence of 2H2O. The preservation of substrate-derived hydrogen after 1 year of incubation (ca. 5 % in most cases) was lower than the preservation of substrate-derived carbon (30 % in average). We highlighted that 70 % of the C–H bonds are broken during the degradation of the molecule, which permits the exchange with water hydrogen. Added molecules are used more for trophic resources. The isotopic composition of the non-exchangeable hydrogen was mainly driven by the incorporation of water hydrogen during microbial biosynthesis. It is linearly correlated with the amount of carbon that is degraded in the soil. The quantitative incorporation of water hydrogen in bulk material and lipids demonstrates that non-exchangeable hydrogen exists in both organic and mineral-bound forms. The proportion of the latter depends on soil type and minerals. This experiment quantified the processes affecting the isotopic composition of non-exchangeable hydrogen , and the results can be used to predict the fate of tritium in the ecosystem or the water deuterium signature in organic matter

¹⁴C activity in dissolved mineral carbon and identified organic matter in the Loire estuary (France)

International audienceBottom sediments, fluid mud and suspended solids and dissolved mineral carbon were sampled during 8 cruises at dates corresponding to various tidal and hydrological conditions. Evaluation of the organic matter sources in particles and surface sediments into the Loire Estuary has been performed using molecular markers. The results obtained show that the natural organic matter is an admixture of terrigenous and algal components. The terrigenous signature derived from land plants is present in the whole estuary and reflect a uniform dispersal of terrestrial inputs. The production of biogenic material by aquatic photosynthetic organisms is higher in the fluvio-estuarine zone and decreases seaward. In addition to natural organic matter, a contamination from fossil fuels and components derived from pyrolysis has been assessed. Organic carbon in suspended matter and sediments show homogenous 14Cvalues (0.3± 0.2Bq/g) confirming a soil origin. At the opposite, 14C activity of dissolved mineral carbon is higher ranging between 150 to 200% of modern carbon activity and clearly indicates a noticeable contribution from reactors. Radiocarbon concentrations decrease seaward and are strongly correlated with salinity reflecting hydrodynamic and stratification processes in the marine estuary

Migration of tritium in The Loire River estuary: highlight on organically bound tritium in the environment

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Controlled exchange of labile organic tritium

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Speciation of Organically Bound Tritium

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Fate and behavior of tritium in environmental carbohydrates matrices

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