04/04/2017 •

L’IRSN publie six rapports sur le tritium
4/04/17

Tritium : pour l’IRSN, pas d’indice d’un impact sanitaire des rejets chroniques de l’industrie nucléaire.

Toutefois, au regard de la demande sociétale exprimée, et du caractère encore parcellaire des connaissances scientifiques en la matière, l’Institut estime nécessaire de mener de nouvelles recherches, en coopération avec d’autres pays.

Ces dernières années, des interrogations ont été soulevées sur la pertinence des méthodes d’évaluation de l’impact environnemental et sanitaire du tritium rejeté par les activités nucléaires.

Ce questionnement a été initié par des groupes scientifiques de réflexion ou des associations. Il a été repris plus récemment, en 2008, par la Commission européenne. En France, dans le prolongement de ce questionnement, l’Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN) a mis en place, depuis janvier 2008, deux groupes de réflexion pluralistes au sujet respectivement des sources de rejet de tritium et de sa gestion, et de l’impact environnemental et sanitaire des rejets de tritium. Ces travaux, auxquels l’IRSN a contribué notamment en produisant 6 rapports «d’état de l’art des connaissances» sur les différents aspects concernant le tritium, ont conduit à l’élaboration du Livre blanc rendu public par l’ASN. Ces six rapports de l’IRSN sont désormais disponibles sur internet.

L’industrie nucléaire rejette, de manière continue, des quantités de tritium dans l’environnement, variables selon l’installation considérée (l’équivalent au total d’une quarantaine de grammes par an). Le tritium n’est que modérément radiotoxique, mais il représente en France l’un des radionucléides prépondérants en termes d’activité (mesurée en Becquerels) rejetée par les installations nucléaires, tant dans les effluents liquides que gazeux. Par ailleurs, des modifications de certains modes de gestion du combustible des réacteurs de puissance actuels, la mise en exploitation de nouveaux réacteurs ainsi que celle de l’installation ITER.

Il est donc important de pouvoir apprécier correctement, à la lumière des connaissances scientifiques les plus avancées, les différents paramètres qui justifient l’acceptabilité de tels rejets, tant au plan environnemental que sanitaire.

Les rapports produits par l’IRSN mettent en évidence les éléments suivants :

• Les plus grandes quantités de tritium rejetées dans l’environnement ont été celles résultant des essais aériens d’armes nucléaires, essentiellement jusqu’en 1963. Compte tenu de la période de décroissance radioactive du tritium (12 ans), la part résiduelle actuelle de ces rejets dans l’environnement est désormais très faible. L’IRSN rappelle que les rejets de tritium des installations nucléaires françaises ont connu une évolution contrastée au cours des deux dernières décennies, avec notamment une réduction très sensible des rejets gazeux (de l’ordre d’un facteur quatre) en raison de l’évolution des activités de certaines installations, d’avancées technologiques et de progrès dans la gestion des effluents. Dans ce contexte globalement favorable, les rejets des centrales nucléaires sont restés stables et ceux des usines de traitement des combustibles usés ont augmenté du fait de la mise en service des nouvelles usines de La Hague. Par ailleurs, il est à noter que les techniques actuellement disponibles ne permettent pas de piéger le tritium présent, souvent sous forme peu concentrée, dans les effluents des installations industrielles.
• L’IRSN considère, sur la base des connaissances scientifiques disponibles, qu’il n’existe pas de mécanismes de bioaccumulation du tritium dans les écosystèmes aquatiques ou terrestres, et ce, quelle que soit sa forme chimique. En revanche, une rémanence plus ou moins longue du tritium peut être observée dans certains de ces écosystèmes, lorsque le tritium est lié à des molécules organiques.
• L’IRSN considère que la valeur de l’actuel facteur de pondération wR, utilisé pour la gestion du risque radiologique lié aux expositions humaines au tritium, reste pertinente dans le contexte global du système d’évaluation du risque élaboré par la Commission Internationale de Protection Radiologique (CIPR). L’IRSN rappelle toutefois que les données expérimentales sur lesquelles se fonde la valeur de ce facteur comportent des lacunes, en particulier pour ce qui concerne l’exposition chronique de faible niveau et de longue durée à des molécules organiques tritiées.
• L’IRSN recommande, malgré la faible radio toxicité du tritium, que soient comblées les lacunes de connaissances sur ses effets sanitaires et environnementaux, grâce à la réalisation, dans un cadre de coopération internationale, de programmes expérimentaux de recherche représentatifs des conditions réelles d’exposition. Ces travaux permettraient notamment de produire des modèles réalistes d’évaluation des risques à des fins de radioprotection de l’homme et des écosystèmes.

Les principaux besoins de connaissances identifiés pour le tritium portent sur les trois points suivants :

• l’amélioration des techniques de mesure afin de réduire encore les limites de détection de ce radionucléide dans l’environnement,
• une compréhension plus fine du comportement du tritium sous ses différentes formes (notamment le tritium organique) au sein des écosystèmes, avec le développement d’outils de modélisation plus performants,
• une évaluation, dans des conditions réalistes d’exposition, des effets biologiques et sanitaires du tritium sur les organismes vivants.

L’acquisition de telles connaissances supposera la mise en œuvre de programmes expérimentaux complexes et coûteux, sans doute à mener en coopération avec plusieurs pays. Dans le cadre de sa mission publique de recherche sur les risques nucléaires et radiologiques, l’IRSN poursuit activement ses travaux de recherche, notamment dans le vaste domaine des effets des faibles doses résultant d’expositions chroniques aux rayonnements ionisants. Le cas du tritium est particulièrement complexe, car il fait l’objet d’interrogations sociétales répétées, alors même qu’il n’existe pas d’indice de l’existence d’impact sanitaire pouvant résulter d’expositions chroniques à ce radionucléide. Les travaux à mener dans ce domaine sont discutés au sein d’un Groupe de travail du Comité d’Orientation des recherches (COR) de l’Institut, comité rassemblant l’ensemble des parties prenantes concernées. Les conclusions de ces analyses programmatiques seront rendues publiques.

Liste des rapports :
- Sources de production et gestion du tritium produit par les installations nucléaires
- Le tritium dans l’environnement – Synthèse de l’IRSN
- Le tritium dans l’environnement – Point de vue de l’IRSN sur les questions clés et les pistes de recherche et de développement
- Éléments de réflexion sur le risque sanitaire posé par le tritium
- Tritium : Limites de rejets et impact
- Tritium et convention OSPAR
Plus d'information sur le tritium :
- Tritium et radioprotection (fiche réalisée par l'IRSN et l'INRS)
- Tritium et environnement (fiche IRSN)

COMPLEMENT SUR LE TRITIUM
Le tritium produit dans les réacteurs nucléaires
Jean-Claude Zerbib - Mai 2017

La grande majorité du tritium (³H) présent dans un réacteur se trouve dans le combustible. Ce radionucléide est formé par la fission ternaire de l’isotope 235 de l’uranium :

²³⁵U + n → R1 + R2 + ³H, une fission qui se produit avec un taux égal à environ 10-4.

Le tritium produit dans les pastilles d’UO₂ va migrer, sous forme gazeuse, vers la gaine en zircaloy dans laquelle il diffusera. L’oxydation progressive des surfaces internes et externes de la gaine fait que le tritium, qui aura réussi à pénétrer dans la gaine, va se trouver emprisonné dans l’épaisseur de zircaloy. La répartition du tritium produit se répartit entre l’UO₂ et la gaine, à part grossièrement égale. Mais plus le taux de combustion augmentera, plus le ³H aura du mal à diffuser dans la gaine car la couche d’oxyde interne de la gaine l’en empêche. De ce fait, la teneur en ³H dans le combustible va augmenter.

Cependant, ces grandes quantités de tritium restent dans le combustible et seules des microfissurations de gaines relâchent du tritium. Aussi, les combustibles ne participent qu’à hauteur d’environ 0,01% à la contamination de l’eau du primaire.

Le ³H présent dans l’UO₂ est immédiatement libéré lors des opérations de cisaillage-dissolution, tandis que le tritium gazeux, qui a diffusé dans la gaine, précipite sous forme d’hydrure. Il est ainsi bien fixé dans la masse de la gaine. C’est la raison pour laquelle le conditionnement des tronçons de gaine par compactage a été choisi. La fusion aurait donné des colis de déchets plus compacts, mais le tritium aurait été libéré.

À 30000 MWj/t, l’activité du tritium, produit dans les combustibles usés retraités à La Hague, est de l’ordre de 10,5 TBq/tonne d’U, après environ 8 années de refroidissement. Cette quantité augmente avec le taux de combustion.

À La Hague, la fraction du tritium produit, qui est rejetée en mer varie de 76% à 85%. Les rejets atmosphériques sont significativement plus faibles. Ils varient de 0,43% à 0,51% du total. La fraction piégée dans les coques varie donc entre 23,5% et 14,5% environ du tritium produit.

La répartition des rejets entre liquide et gazeux n’est pas inéluctable. Elle résulte d’un choix, car l’impact dosimétrique d’un rejet gazeux, dû à l’ensemble des produits consommables contaminés par le tritium, serait bien plus important que ceux dus aux rejets liquides. Pour cette raison, l’activité des rejets gazeux de tritium est, tant pour les réacteurs que pour les usines de retraitement de combustibles irradiés, environ 100 fois inférieure à celle des rejets liquides.

Les productions secondaires du tritium dans le réacteur

Il existe deux modes de formation du tritium par activation neutronique de bore et de lithium qui constituent la contamination en tritium du circuit primaire. Le bore est utilisé comme modérateur neutronique et le lithium permet de réguler le pH dans l’eau du primaire. Ces deux éléments sont des cibles neutroniques qui produisent du tritium.

Le bore : Il possède deux isotopes, le ¹⁰B (20,0 %) et le ¹¹B (80,0%). Le flux neutronique va produire du tritium à partir du bore ajouté dans l’eau du primaire et dans le bore des barres de contrôle (¹⁰B (n, 2α) →³H). Comme ces barres sont en inox, le tritium formé va rapidement diffuser au travers et passer dans l’eau du circuit primaire. Ce mode de production à partir du bore est réputé responsable de 86% de la contamination.

Le lithium : Il possède également deux isotopes, le ⁶Li (7,5%) et le ⁷Li (92,5%). Par réaction (n, α) sur le ⁶Li et par (n, αn) sur le ⁷Li, du tritium va être produit. Cet apport est responsable de 14% de la contamination en tritium de l’eau du circuit primaire.

Une évolution de la gestion du combustible, en lien avec l’augmentation des taux de combustion (jusqu’à 45 GWj/t), a nécessité l’accroissement de l’enrichissement en ²³⁵U (de 3,1% à 4,0%). Cette teneur élevée nécessite d’augmenter la teneur en bore afin de compenser la réactivité, ce qui entraîne une augmentation de la production de tritium. C’est ainsi que l’on observe que les rejets de ³H liquide des 1300 MWe sont 2,5 fois supérieurs à ceux des 900 MWe et les rejets de ³H gazeux sont 6 à 7 fois supérieurs à ceux des 900 MWe.

La gestion des déchets liquides et solides tritiés

L’expérience des entreposages de déchets solides (Centre Manche) ou liquides (réacteurs) montre que les confinements réalisés à ce jour présentent tous des fuites non-maitrisables. Depuis la fermeture en 1994 du Centre Manche, la fuite diffuse toujours observable en 2017 est celle du tritium (consécutive à un conditionnement très médiocre de déchets solides tritiés).

Pour mieux gérer les liquides tritiés, il faudrait extraire le tritium de la masse d’eau, mais l’on ne dispose pas de dispositif de taille industrielle capable d’extraire les faibles concentrations de ce radionucléide des grands volumes d’eau présents dans les réacteurs (des dizaines de milliers de m³) ou dans les usines de retraitement du combustible irradié.