Fukushima 福島第一

Source : PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA) 2017 114: 11092-11096.

Titre original de l’étude : Unexpected source of Fukushima-derived radiocesium to the coastal ocean of Japan

Auteurs : Virginie Sanial, Ken O. Buesseler, Matthew A. Charette et Seiya Nagao

Lien source : http://www.pnas.org/content/114/42/11092.full#sec-1

Traduction partielle et commentaires : Evelyne Genoulaz

Points forts

            « Cinq ans après l’accident à la Centrale Nucléaire de Fukushima Daiichi, des niveaux d’activité en radio-césium (Cs 137) les plus hauts jamais relevés ont été observés au loin du site de la centrale nucléaire, dans des nappes d’eau saumâtre situées au-dessous de plages sablonneuses.

            Notre hypothèse est que le radio-césium s’est déposé sur les surfaces minérales en front de mer, dans les jours puis les semaines après l’accident, par un échange d’eau de mer dû aux vagues et aux marées. Après le décroissement de la concentration en radio-césium dans l’eau de mer, ce dernier est retourné dans l’océan par le biais des rejets d’eau souterraine sous-marine, à un taux équivalent aux rejets directs de la centrale nucléaire et à celui du ruissellement des eaux.

            Il conviendrait de prendre en compte ce vecteur nouveau et inattendu, concernant le rejet de radionucléides dans l’océan, quand il s’agit d’aménager les zones côtières où sont situées des centrales nucléaires. »

Résumé

            « On dénombre 440 réacteurs opérationnels dans le monde, dont la moitié environ sont situés au bord d’une côte. C’est le cas de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi (FDNPP), qui a subi une multiple fusion de ses réacteurs en mars 2011, à l’origine d’un rejet de radioactivité dans le milieu marin.

            Tandis que les phénomènes de dépôt à la surface de l’océan par voie atmosphérique ou par le biais des rivières sont habituellement bien connus après un accident nucléaire, aucune étude ne s’est jamais focalisée sur des voies souterraines.

            Tout le temps qu’a duré notre étude [2013 - 2016], nous avons observé des niveaux en Césium 137 les plus élevés qui soient – jusqu’à 23 000 Bq/m³ à l’extérieur du site de la Centrale Nucléaire de Fukushima Daiichi – non pas dans l’océan, ni dans les rivières, ni non plus dans les nappes phréatiques d’eau potable, mais dans les eaux souterraines au-dessous de plages de sable, à plusieurs dizaines de kilomètres de la centrale.

            Dans ce cas précis, nous pouvons attester à l’évidence d’une source en Cs 137 issu de Fukushima, insoupçonnée jusqu’alors, et qui se déverse en continu le long de la côte océanique.

            Nous postulons que ces sables de plages ont été contaminés en 2011 par du Cs hautement radioactif contenu dans de l’eau de mer, au gré des échanges provoqués par le phénomène des vagues et des marées.

            Nous avons mesuré la quantité de la désorption en Cs qui s’en est suivie, de même que l’écoulement fluide provenant des sables de plage, en utilisant comme marqueur les occurrences naturelles d’isotopes de radium.

            Nous estimons que cette source de Césium dans l’océan (0,6 TBq/an) est d’une magnitude équivalente aux rejets persistants de Cs en provenance de Daiichi de 2013 à 2016, comme aux dépôts de Cs 137 de Fukushima qui ont été dissous dans les rivières.

            Bien que cette source, qui continue de se déverser, ne présente pas actuellement de risque sanitaire pour la population du japon, le rejet de Cs sous cette modalité et à une telle échelle doit être pris en compte, quand il s’agit d’installer une centrale nucléaire et, à l’avenir, dans les simulations de scénarios d’accidents. » 

            [En ce qui concerne l’accident nucléaire de Fukushima]

            « Plus de 80% des retombées atmosphériques se sont déposées dans l’océan, et pour la plupart dans l’environnement marin à proximité du rivage. En outre, de l’eau de refroidissement contaminée a été déversée directement dans l’océan, ce qui fait de la catastrophe de FDNPP le plus important déversement accidentel de radionucléides dans l’océan. Le Césium-137 est un produit de fission abondant à l’ère de l’énergie nucléaire et ce depuis les essais nucléaires, dont la présence dans l’environnement à partir du moment où il y est rejeté, persiste pendant des décennies en raison d’une longue demi-vie   (30,2 années). La majeure partie des rejets de Cs 137 issu de Fukushima ont eu lieu au cours du premier mois de l’accident. Les sources connues des rejets qui perdurent englobent les rivières et le flux des eaux souterraines dans les sous-sols de FDNPP, mais, à titre de comparaison, ils sont plus de mille fois inférieurs aux rejets de 2011, bien qu’ils durent depuis bientôt six ans.

            Le déversement d’eaux souterraines sous-marines a été reconnu comme un important vecteur de transport de matières, depuis les terres jusque dans l’océan, mais on n’avait jamais évalué ce process de transmission continue de radionucléides à l’environnement côtier, au-delà des abords de FDNPP.

            Nous exposons ici l’activité du Cs 137 mesurée dans les eaux souterraines recueillies au-dessous de plages jusqu’à une distance de 100 km de FDNPP.

            Huit plages ont été examinées de 2013 à 2015, en particulier une étude aux prélèvements plus intensifs a été conduite sur la plage de Yotsukura, à 35 km au sud de FDNPP. On a fait des prélèvements supplémentaires dans une nappe phréatique d’eau douce et d’eau de rivière à proximité de ces plages sablonneuses.

Résultats et discussion

            « L’activité du Cs 137 dissous (< 0,45 µm) dans l’eau souterraine des plages s’étend sur trois ordres de grandeur, avec une valeur maximale de 23 000 à plus ou moins 460 Bq/m³ (Fig. 1B et graphique S1). A titre de mise en perspective, trois des prélèvements effectués dans les eaux souterraines de la plage de Yotsukura dépassaient la limite de l’eau de boisson au Japon à 10 000 Bq/m³, quoique personne ne soit jamais exposé à ces eaux ni n’en boive, et ceci dit en précisant que le risque sanitaire pour la population n’est pas, ici, notre préoccupation première. 

            L’activité du Cs 137 est en général plus élevée dans les eaux souterraines des plages que dans l’eau de mer, des rivières ou encore des sources, tout comme dans l’eau souterraine des puits utilisés pour l’irrigation.

            L’activité du Cs 137 dans l’eau de mer a décru rapidement après l’accident, et concernant la période de notre étude, l’activité médiane dans les 100 km de la ligne de côte (le port de la centrale mis à part) est de 14 Bq/m³ (Fig. S1).

            Dans l’eau douce, l’activité du Cs 137 dissous reste _en-dessous de la limite de détection_ de 5,8 à plus ou moins 0,2 Bq/m³ (Graphique S1).

            Donc, l’activité du Cs 137 dans l’eau souterraine des plages ne peut pas s’expliquer par le mélange classique, bien connu, entre des sources d’eau douce et d’eau salée. C’est pourquoi son origine doit être recherchée dans des sables de plage enrichis en Cs 137. »

Résumé de la légende figurant dans l’étude en américain :

Activité médiane de 2013 à 2015 = 14 Bq/m³ / base de données de la JAEA emdb.jaea.go.jp/emdb/en/

Remarque : Les auteurs notent que « la JAEA n’a pas publié de données pour l’année 2016, cependant selon la NRA, l’activité du Cs 137 est demeurée constante de 2013 à 2016 dans  les eaux de surface au large du rivage » ; de même, pas de données pour les eaux du port ; or « TEPCO a rapporté une activité sensiblement identique dans le port de 2013 à 2016 ». C’est dans ces conditions que les auteurs font « l’hypothèse que les activités médianes sont valides pour la période 2013-2016 ».

Je résume l’information essentielle du graphique S2 :

A la plage de Yotsukura Beach, à 35 km au sud de FDNPP, 4 sortes de prélèvements furent réalisés le 26/11/2016 :

depuis la surface jusqu’à 40 cm de profondeur, l’activité du Cs 137 est relativement constante (17 à 4 Bq/kg)

au-dessous de 40 cm, l’activité augmente suivant la profondeur (valeurs maximales 700 à 60 Bq/kg) cf. Fig. S2

« C’est un ordre de grandeur supérieur au maximum relevé dans l’inventaire des sédiments marins au large de la centrale ; un facteur de 4 par rapport aux prélèvements dans les sols de la zone d’accès restreint, et dépassant les relevés des sols de la région de Yotsukura. Par conséquent, cet enrichissement du Cs 137 en profondeur n’a pas été causé par les retombées atmosphériques de Fukushima, car si ç’avait été le cas, le Cs 137 aurait été bloqué dans les couches supérieures du sable, comme il a été démontré pour les terres (cf. note 10).

Par conséquent, nous devons envisager une autre explication à l’intense activité du Cs 137 dans le sable de plage et la nappe phréatique […]

            L’augmentation du rayonnement du Cs 137 dans la zone de surf à marée descendante, est la preuve évidente que du Cs 137 en provenance de la nappe phréatique se déverse en mer sous l’effet de la force d’attraction de la marée. »

« Comme il est expliqué dans le texte, les deux sources de contamination de l’océan connues et toujours en cours sont la centrale Daiichi, par l’écoulement en provenance de son port (0,6 TBq/an) et les eaux de ruissellement des rivières (0,2 à 1,2 TBq/an). Nous indiquons dans cette étude une source de contamination de l’océan en Césium 137 dissous, jusqu’alors insoupçonnée : le rejet par les eaux souterraines sous-marines (SGD), le long de la côte du Japon,   de 0,2 à 1,1 TBq/an (moyenne 0,6 TBq/an).

        Les principales forces tirant cette eau sous-marine depuis les plages sont :

            les vagues (W), la charge hydraulique (H), la force marémotrice (T) et la convection (C).

            [de gauche à droite : eau douce, eau saumâtre, eau salée]

     Le courant côtier, en se dirigeant vers le Sud (représenté par la flèche en bleu clair), a pu charrier du Cs 137 extrêmement radioactif, dont une partie fut absorbée par les sables des plages puis rejetée plus tard, de la façon dont l’indique cette étude. »

Je résume maintenant la suite de l’étude, pour une lecture plus fluide.

            Le graphique S3. illustre l’activité de la marée et les rayonnements en Cs 137, Ra 223 et Ra 224 dans les échantillonnages prélevés sur la zone de surf à la plage de Yotsukura (en novembre 2016)

            C’était par une faible marée et des rayonnements plutôt bas ont été mesurés lors de la marée montante, « preuve que c’est l’eau souterraine qui alimente en Cs et en Ra la zone de surf, et qui démontre le rôle joué par la force d’attraction de la marée, dans le rejet à l’océan de Cs en provenance de la nappe aquifère. »

            Cette dernière hypothèse, expérimentée, est décrite ensuite… En voilà la conclusion :

            « Nous avons mis en évidence que les sables de plage sont capables de stocker une grande quantité de Cs 137 en profondeur, qui peut au fil du temps être relâché par l’intrusion de l’eau dans les plages, puis rejeté dans l’environnement sur la côte via les procédés d’échanges eau souterraine / eau de surface. »

             Le graphique S4. présente ensuite les expérimentations sur l’adsorption / désorption c’est-à-dire que le sable absorbe les radionucléides, puis les réexpulse au fil du temps. Noter que les échantillonnages ont été prélevés à moins de deux mètres de profondeur.

            Le commentaire de la figure S6. indique qu’« au-delà du site de la centrale de Fukushima Daiichi, la source d’eau sous la plage domine le flux de Cs 137 rejeté sur la côte océanique via la décharge des eaux souterraines sous-marines.(..) l’autre source de Cs 137 issu de la catastrophe de Fukushima, provient des rivières. Il a été montré que les typhons et les fortes précipitations augmentent le flux d’écoulement des rivières (..) Enfin, étant donné que 90% environ du Cs est irréversiblement accroché aux sédiments en suspension sur les rives, on en déduit que le rejet de Cs 137 par la voie des eaux souterraines sous les plages sablonneuses est similaire en magnitude aux deux autres sources majeures, celle qui provient de la centrale et celle en dissolution dans les rivières. De la même façon qu’on s’attend (selon une projection) à une décroissance du Cs 137 charrié depuis les terres, tout comme dans le port de la centrale, on s’attend à ce que la concentration en Cs 137 dans les sables finisse par diminuer avec le temps en raison de la désorption, et ce faisant, à ce que la source provenant du sable finisse par se tarir. »

Conclusion

« Cette étude démontre qu’en parallèle à la nappe aquifère proche de FDNPP, des rayonnements en Cs 137 les plus hauts qu’on ait enregistrés à ce jour dans le milieu aqueux au Japon sont associés aux eaux saumâtres situées au-dessous de plages.

            Cette découverte induit que les sables des plages servent de réservoir au Cs 137, qui se trouve ensuite relâché dans l’océan par un rejet d’eau sous-marine souterraine.

            En utilisant les isotopes de Radium, nous avons été en mesure de donner une estimation de la magnitude de ce flux et nous avons établi qu’elle est similaire à celle des autres sources actuelles, y compris les rejets en provenance du port de la centrale.

            Cette origine inattendue et persistante du Cs 137 nécessite une investigation approfondie, en particulier des prélèvements plus systématiques dans l’espace et le temps, étant donné la variabilité que nous avons pu observer concernant le Cs 137 dans les eaux souterraines ou dans les sables.

             Les implications de notre étude vont bien au-delà de l’événement de Fukushima, elles concernent tous les sites de centrales en bord de côte, et cette découverte devra être prise en considération quand il s’agira d’évaluer le devenir des radionucléides dans l’océan faisant suite à des rejets intentionnels (par exemple Sellafield) ou à des rejets accidentels. »

Citations de l’étude, parue dans PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America) :

V. Sanial et al. Unexpected source of Fukushima-derived radiocesium to the coastal ocean of Japan. Proceedings of the National Academy of Sciences. Published online October 2, 2017. doi: 10.1073/pnas.1708659114.

Virginie Saniala,1, Ken O. Buesselera,1, Matthew A. Charettea, and Seiya Nagaob

Author Affiliations

Publié par David M. Karl, Université de Hawaï, Honolulu, HI, et approuvé le 28 août 2017 (soumis le 24 mai 2017)

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En guise d’avertissement… (E.G.)

Plusieurs plages à Iwaki ont été rouvertes au public. La première, celle de Nakoso à 65 km au sud de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi puis la plage de Yotsukura, dont il est question dans cette étude le 15 juillet 2013.

La plage de Usuiso à Iwaki l’été dernier, avec de beaux articles de propagande dans les journaux.

Jusqu’à présent, seuls les rejets de l’eau contaminée en provenance de la centrale nucléaire de Fukushima Daichi pouvaient être incriminés pour le risque sanitaire. Or, cette nouvelle étude indique que la fréquentation des plages peut être dangereuse, par exemple « à marée descendante » en raison de la désorption du Césium 137 dans l’eau de mer…

Il y a 80 kms de plages sur la côte de Fukushima…

Par ailleurs, une étude en France publiée en 1997 (Ed. La Découverte) s’est interrogée sur les causes de leucémies significativement nombreuses aux abords de la Hague (Jean-François VIEL, La santé publique atomisée : radioactivité et leucémies, les leçons de La Hague) et c’est là aussi la fréquentation de la plage qui s’est avérée particulièrement dangereuse.

Par la suite, des prélèvements ont été faits en mer, par Greenpeace, par la CRIIRAD, au niveau de la conduite qui décharge directement en mer des effluents radioactifs en provenance des installations.

Ici comme à Dounreay en Ecosse, les rejets dans la mer ne sont pas plus incriminés que les rejets dans l’atmosphère. A Sellafield aussi, les leucémies sont demeurées « un mystère »…

Or, Jean-François Viel a établi un risque significatif, relativement au développement de leucémies chez les enfants, associé à «la fréquentation récréative des plages», dès cette étude de 1997.

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Il est donc évident qu’ici ou là, la fréquentation des plages présente un risque sanitaire  non négligeable pour les populations.