Tritium - Définition

Tritium dans l'environnement

Dans le monde avec l’Agence internationale pour l’énergie atomique les scientifiques cherchent à mieux comprendre la cinétique environnementale du trititum.

On s'est intéressé au tritium dans l'environnement à partir des années 1950, après sa très large diffusion par les premières explosions nucléaires et par les essais nucléaires dans l'atmosphère.

Le tritium « naturel »

Il est produit (essentiellement dans la haute atmosphère) par spallation des atomes d’azote 14 (ainsi que d'oxygène et d'argon) par les rayons cosmiques.

Sa demi-vie courte (par rapport aux temps géologiques) fait que le tritium est en « quasi-équilibre » entre la production et la désintégration. Il ne peut pas s'accumuler dans l'atmosphère de manière significative.

En termes d'activité, l’UNSCEAR estime l’inventaire global du tritium naturel à environ 1,3×10¹⁸ Bq (soit 3,6 kg).

• La production naturelle annuelle de tritium serait de 150 à 200 g, soit 5,01×10¹⁶ à 7,4×10¹⁶ Bq/an. (3 x10¹⁸ Bq, ou de 50.10¹⁵ et 70.10¹⁵ Bq selon le CEA)
• Une production tellurique (souterraine) existe, mal quantifiée mais qui semble très faible face à la production aérienne.

Le tritium anthropique

Concentration de tritium dans l'atmosphère d'après l'AIEA. On observe l'augmentation de la concentration jusqu'en 1965, puis sa décroissance radioactive.

Il est émis dans l'air, l'eau et les sols par l'Homme depuis les années 1940, à des doses dépassant de loin les taux naturels, via deux sources principales : les installations nucléaires et les explosions nucléaires.

• Les essais thermonucléaires : De 1945 à 1963, les essais nucléaires des bombe A ou H ont rejeté dans l'atmosphère environ 650 kg de tritium. Dans les années 1995, il devait en rester 65 kg. En 2000, environ 90 % du rayonnement émis par ces essais avait disparu du fait de la décroissance radioactive selon l'IRSN.
• La production d'armes thermonucléaires émet aussi du tritium. Par exemple, en France, le seul centre de Valduc du CEA, a ainsi déclaré pour la seule année 1999 267 TBq d'activité (un peu moins d'un gramme, soit l'équivalent du rejet d'une trentaine de réacteurs de centrales nucléaires) pour ses rejets gazeux ; sous forme HTO (eau tritiée) pou environ 70 % et sous forme HT (dihydrogène tritié) pour 30%.
• Les installations nucléaires : Le rejet de tritium varie selon la puissance du réacteur, son combustible, et de son taux de burn-up (taux de « combustion »). Les réacteurs à eau sous pression en produisent par activation des éléments légers (Bore et Lithium) du circuit primaire. C'est aussi un produit de fission de la réaction elle-même (0,01 % des fissions). Un réacteur de 900 MWe rejette environ 10 TBq/an (soit 0,03 g/an). Les taux de production par fission sont similaires pour tous les types de réacteurs à neutrons thermiques et sont de l’ordre de 520 TBq.GWe-1.an-1 ; le taux de production dans les réacteurs à neutrons rapides est par contre un peu plus important, de l’ordre de 740 TBq.GWe-1.an-1, compte tenu des rendements de fission ternaire différents pour les isotopes de l’U et du Pu en spectre de neutrons rapides.

Réacteurs, usines de retraitement et production d'armes avaient de 1950 à 1997 déjà dispersé environ 297 PBq de tritium, auxquels il faut ajouter 2,8 PBq de carbone 14, selon l'évaluation faite par l'UNSCEAR en 2000. Les installations nucléaires en produisaient 0,005 mSv/an selon l’UNSCEAR en 2000. Selon le CEA, de 1995 à 1997, les réacteurs à eau légère en ont rejeté chacun en moyenne 2,4.10¹² Bq sous forme gazeuse et 1,9.10¹³ Bq sous forme d’eau tritiée par an (UNSCEAR 2000). La Hague en France produirait environ 10 x10¹⁵ Bq de tritium/an (pour 1600 t de déchets retraités)).

Rejets

Usine de retraitement de la Hague - Les hautes cheminées permettent une meilleure dispersion du tritium dans l'atmosphère.

Le tritium est, avec le carbone 14, l'un des deux radionucléides les plus émis dans l’environnement par les installations nucléaires en fonctionnement normal. Selon l'Autorité de sûreté nucléaire, en France, bien que les « activités » des rejets d'autres radionucléides ont fortement diminué (d’un facteur 100 voire plus) des années 1985 aux années 2005, « les activités en tritium et en carbone 14 restent globalement constantes, voire augmentent pour certaines installations ». Ceci étant, « l’impact global de ses rejets, en France, est faible ; la dose efficace annuelle pour les groupes de référence est inférieure au ou de l’ordre du μSv. »

Les réacteurs nucléaires et l'industrie nucléaire produisent du tritium ;

• lors de réactions de fission,
• par activation du circuit primaire (poison consommable au Bore pour les PWR, eau lourde des réacteurs CANDU) ;
• par « dégazage » à partir du combustible « usé », notamment lors du retraitement des déchets nucléaires (principale source).

Sans valorisation économique envisageable, ce déchet radioactif réputé peu dangereux était en grande partie libéré dans l'air et l'eau. Futur combustible des projets de réacteurs ITER, il pourrait acquérir une valeur économique. Mais on ne connait pas aujourd'hui de moyen raisonnablement couteux, de filtrer, isoler ou stocker correctement le tritium. Cet atome étant actif et parmi les plus petits (sous forme gazeuse), il se diffuse par les porosités les plus fines, passant par exemple au travers du caoutchouc et se diffusant dans la plupart des types d'aciers. Il peut s'évaporer, se diluer dans de l'eau et pénétrer le béton s'il n'est pas protégé par une couche spéciale.

Arguant de sa faible radiotoxicité et de sa dilution isotopique aisée dans l'eau, les gros producteurs de tritium ont demandé (et obtenu) des normes leur permettant de disperser et de diluer le tritium dans l'environnement.

• Les usines de production de plutonium de la Hague ou de Sellafield ont des limites de rejets leur permettant de rejeter en mer ou dans l'air la quasi totalité du tritium qu'elles produisent ou doivent gérer.
• Les usines de retraitement de la Hague peuvent rejeter en mer 1400 fois plus de tritium que ce qui est autorisé pour le réacteur de la centrale nucléaire de Gravelines, également situé en bord de la mer et à proximité de grandes zones de pêche, mais dans une zone plus urbanisée et avec des courants moins forts.
• L'usine de retraitement de la Hague a une autorisation de rejet de 37 000 TBq (térabecquerels) par an sous forme liquide, et de 2 200 TBq par an sous forme gazeuse. Elle a par exemple rejeté, en 1997, environ 12 000 térabecquerels (téra- = "×10¹²", soit multiplier par un million de millions, ou par mille milliards) sous forme de rejets liquides (11 900 TBq de tritium et 1,8 TBq d’iode 129) et 300 000 TBq sous forme gazeuse (principalement du krypton 85)..

L'usine de la Hague a déclaré en 1999, 8.10¹³ Bq (soit 0,22 g de tritium) et les rejets liquides à 13.10¹⁵Bq (soit 36 g). Pour l'année 2002, elle en a rejeté respectivement 11 900 TBq et 63,2 TBq (source Areva NC).

En 1997, les rejets gazeux de tritium de l'usine de Sellafield (GB) ont été de 1,7.10¹⁴ Bq et les rejets liquides de 2,6.10¹⁵ Bq (BNFL, 1997).

Tritium dans l'eau potable

L’eau tritiée est la forme majoritaire de transfert du tritium dans l’environnement et d’exposition humaine. C’est pourquoi des traces de tritium sont recherchées dans l’eau potable. En France, le tritium est suivi comme indicateur de radioactivité : si la concentration en tritium dépasse le niveau de référence de 100 Bq/l, il est procédé à la recherche de la présence éventuelle de radionucléides artificiels. Ce niveau n'est donc qu'une « référence de qualité » : le dépassement de cette valeur ne signifie pas que l’eau est non potable.

Les recommandations de l’OMS sur les critères de potabilité de l’eau de boisson sont que la dose reçue du fait de la présence d’un radionucléide dans l’eau de boisson ne dépasse pas 0,1 mSv/an. Cette dose pourrait être atteinte chez l’adulte par la consommation quotidienne de deux litres d’eau tritiée à hauteur de 7800 Bq/l (valeur guide de l’OMS pour ce radioélément).

L'eau fortement contaminée au tritium peut avoir une activité supérieure au kilo-Becquerel par litre (kBq/l). Une telle eau n'est pas jugée très toxique, mais est réputée « non potable ». Sous cette valeur, il est incorrect de parler de « pollution » ou de « contamination » pour une eau qui reste potable sans restriction de quantité ni de durée. On parlera plus correctement de « marquage au tritium » d'une eau, quand des traces de tritium peuvent y être mesurées sans incidence sur la potabilité (de 1 Bq/l à 1000 Bq/l).

Par exemple, près de l'usine de retraitement de La Hague, la mer contient de 3 à 30 Bq/l malgré la forte capacité de dilution du tritium, soit 15 à 150 fois plus que la moyenne. En France, les teneurs des eaux de surface et de nappe dépassent rarement 10 Bq/l même si elles grimpent localement et ponctuellement jusqu'à 20 Bq/l, voire plus (ie. près du site de Valduc, l’eau d’alimentation du site était en 1996 marquée à des taux atteignant plusieurs dizaines de Bq/l, voire près de 100 Bq/l, soit 10 % du seuil de non-potabilité).

Selon la CRIIRAD (1995), l'eau de pluie marquée en tritium par les tests nucléaires et par le tritium naturel est susceptible de marquer les nappes phréatiques jusqu'à 4 Bq/l. Au-delà, on peut suspecter qu'une autre source de tritium soit en cause, avec certitude au-dessus de 7 Bq/l.

La contamination totale moyenne par des traces de tritium reste environ 100 fois sous la limite donnée par l'OMS pour l'eau potable (10 000 Bq/l). Le facteur de dose pour l'eau tritiée étant de 1,8.10^-11 Sv/Bq, il faudrait boire 100 m³ (ce qui prendrait trente ans à raison de dix litres par jour) d'une eau marquée à 10 000 Bq/l pour subir une exposition de 18 mili-sievert, dont l'effet biologique est en pratique indétectable.

Le marquage de l'eau au tritium constitue un enjeu médiatique et politique important, d'autant plus sensible que le tritium se répand facilement dans l'environnement, et que la radioactivité due au tritium est facilement décelée. Cet enjeu fort justifie que les rejets en tritium soient limités au strict nécessaire, indépendamment de son incidence effective (négligeable d'après les experts en radioprotection) sur la santé publique. Ainsi, le gouvernement de l'Ontario (Canada) a recommandé que le maximum de tritium toléré dans l'eau potable passe de 7000 Bq/l à 20 Bq/l en 5 ans et que l'on vise une réduction plus importante.