Fukushima 福島第一

1Fukushima Project Headquarters, National Institute of Radiological Sciences, Chiba 2638555, Japan. 2Japan Wildlife Research Centre, Tokyo 1308606, Japan. 3Tokyo College of Environment, Tokyo 1308606, Japan. 4Institute of Environmental Radioactivity, Fukushima University, Fukushima 9601296, Japan. *These authors contributed equally to this work. Correspondence and requests for materials should be addressed to Y.W. (email: y_nabe @ nirs.go.jp)

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Après l’accident à la centrale nucléaire n°1 de Fukushima Daiichi [F1NPP] en mars 2011, on a porté beaucoup d’attention aux conséquences biologiques du relâchement de radionucléides dans son proche environnement. Notre recherche s’est intéressée aux modifications dans la morphologie du sapin japonais, un conifère japonais présent à l’état naturel de façon endémique, sur des sites proches de la centrale. Nous avons pu observer sur les populations de sapins japonais poussant près de la centrale une augmentation de défauts morphologiques significative, concernant des suppressions de rameaux de tête sur l’axe principal, par comparaison avec une population de référence située loin de la centrale. La fréquence de ces défauts a pu être  mise en correspondance avec les niveaux de contamination des sites d’observation. Une augmentation significative de la suppression des rameaux de tête a pu être observée dans ceux dont l’élongation s’est produite postérieurement au printemps 2012, soit une année après l’accident. Nos résultats conduisent à la conclusion que la contamination par des radionucléides aurait contribué à des déficiences dans la morphologie des sapins japonais situés dans une zone proche de la centrale.

Au cours de l’accident à la centrale nucléaire n°1 de Fukushima Daiichi en mars 2011, des radionucléides relâchés dans l’atmosphère contaminèrent la zone environnante (1-2). Depuis l’accident, on a porté beaucoup d’attention aux conséquences biologiques d’une contamination par ces radionucléides. Afin de rechercher des changements biologiques opérés dans l’environnement, divers organismes présents à l’état sauvage dans les environs de la centrale et susceptibles d’être des indicateurs, ont fait l’objet d’observations, comme les singes japonais (3), les papillons Lycaneid ou encore les pucerons à galle de l’Epinette [gall-forming aphid] . Néanmoins, la poursuite d’études  sur des organismes sensibles au rayonnement, nous permettrait de mieux nourrir les conclusions, s’agissant de savoir si la contamination radioactive résultant de l’accident à la centrale eut un impact biologique sur l’environnement.

Au sujet de la biosurveillance quant à la contamination radioactive du moins, il a été prouvé que les conifères sont des indicateurs intéressants en raison de leur radiosensibilité élevée, comme l’a révélé voilà quelques décennies une étude de terrain utilisant des équipements à rayonnement gamma (6-9). C’est ainsi qu’on a conclu à des dommages sur deux conifères suite à l’accident nucléaire de Tchernobyl de 1986 : deux essences locales, le Pin sylvestre (Pinus sylvestris) et l’Epinette de Norvège (Picea abies) ont été atteintes, dans les zones contaminées par la radioactivité, de dommages biologiques caractérisés (10-12). En situation expérimentale comme en situation post-accidentelle, on a mis en évidence que des modifications de morphologie, en particulier dans le branchage de l’axe principal, furent les réponses radiosensibles des conifères les plus fréquemment observées (6-12).

Des conifères poussent dans une zone hautement contaminée par la radioactivité suite à l’accident à F1NPP, dont le sapin japonais (Abies firma) en est l’une des essences la plus naturellement répandue. A la différence des autres espèces de conifères, les populations de jeunes sapins japonais sont abondantes, en vertu d’une caractéristique propre à cette essence qui est de croître  même à l’ombre du couvert forestier. Or, la petite taille des arbres jeunes présente l’intérêt de faciliter l’observation de changements morphologiques sur l’arbre entier. De plus, la régularité de la croissance du sapin japonais sur une année permet de déterminer les changements année après année, et ce sur un certain nombre d’années. Pour notre étude, nous avons utilisé ce sapin du Japon comme un indicateur dans la recherche de l’impact environnemental de la contamination radiologique provoquée par l’accident F1NPP. Nous nous sommes intéressés aux modifications morphologiques des rameaux de tête dans les cinq dernières années, sur un territoire hautement contaminé situé aux alentours de F1NPP. Notre étude a porté, en janvier 2015, sur l’observation de trois sites (S1, S2 et S3) situés à des distances différentes de la centrale et présentant des niveaux de contamination différents. Ces sites se trouvent dans « l’Aire 3 » c’est-à-dire là où le retour des résidents est différé sur le long terme (Ministère de l’Economie, du Commerce et de l’Industrie). D’autres sapins japonais ont également été étudiés sur un site-témoin faiblement contaminé (S4), au sud-ouest de F1NPP.

LES RESULTATS

La plupart des sapins japonais ayant poussé à l’état naturel présentent un schéma de ramification monopodial typique, avec un tronc pourvu d’un axe principal unique (Fig. 3 B, C), tandis que certains  arbres présentent des défauts morphologiques sur l’axe principal du tronc (Fig.3 B, C).

Quel que fut le site de croissance, ces défauts sont caractérisés par une branchure irrégulière au niveau des verticilles [note : groupe de plus de deux feuilles, pousses…qui naissent au même niveau sur la tige, en anneau] de l’axe principal, avec la suppression distincte du rameau directeur qui habituellement fait une élongation à la verticale pour former l’axe principal.

L’espace laissé par ce rameau manquant a été comblé par les branches latérales demeurantes, qui ont poussé vers le haut ou bien maintenu leur position à l’horizontale (Fig. 3C).

La fréquence des défauts morphologiques sur l’axe principal fut globalement variable sur les  différents sites d’observation S1, S2 et S3, mais elle fut significativement plus élevée dans chacun de ces sites en comparaison du témoin S4 (NDLT - test chi carré, cf. chiffres de l’article d’origine en lien…).

Cette fréquence se trouva en correspondance avec des débits de dose ambiante sur les sites observés, qui représentent des niveaux de contamination locale par les radionucléides (S1 > S2 > S3 > S4, Tableau 1).

Nous avons observé en S1 une fréquence élevée de défauts, où 125 des 128 arbres ont  présenté des défauts de branchage sur leur axe principal.

Nous avons analysé un à un les défauts de branchage de l’axe principal, pour chacun des verticilles  par année (Fig.5).

En comparaison des rameaux de l’année 2010, qui furent générés avant l’accident Daiichi, la fréquence de la suppression du rameau de tête a augmenté dans une proportion significative sur les rameaux qui ont poussé après 2012 (sites S1 et S3), ou après 2013 (site S2).

Cette fréquence a connu un pic en ce qui concerne les verticilles de l’année 2013, puis elle a eu tendance à décroître pour les verticilles de 2014, sur chacun des sites d’observation.

Les modèles de variation dans les séries des verticilles annuels ont été similaires sur les trois sites observés, tandis qu’on n’a observé  aucune variation selon l’année sur le site-témoin, S4.

Ces résultats indiquent que la suppression des tiges directrices s’est produite le plus souvent dans le cas des verticilles dont l’élongation provient des bourgeons terminaux d’hiver au début de la saison 2012-2013.

En dépit de l’augmentation significative de la fréquence de suppression des pousses de tête sur les  verticilles annuels autour de l’année 2013 dans les sites d’observation S1-S3, le nombre des  branches latérales élongées à partir de ces mêmes verticilles n’a pas montré de variation annuelle qui pût être mise en correspondance avec la fréquence de suppression des tiges de tête (Fig.6).

Il n’y a pas eu de différence dans le nombre de branches latérales au sein des rameaux annuels, y compris en S1 (one-way ANOVA, p = 0,84), où la fréquence de suppression des pousses de tête connut la variation la plus intense, en comparaison des autres sites d’observation (Fig. 5).

D’un autre côté, il y a eu une variation annuelle significative du nombre de branches latérales en S2, S3 et S4 [one-way ANOVA, cf. chiffres dans l’article-source…]. Néanmoins, les schémas des variations annuelles n’ont pu être rapprochés de la fréquence de variation des tiges directrices manquantes. Ce qui signifie que la suppression des tiges directrices s’est produite indépendamment de la modification du nombre des branches latérales élongées au niveau des verticilles.

Des différences dans le développement des rameaux directeurs et des ramifications latérales ont aussi été observées en examinant en détail les rameaux défectueux. Sur chacun des sites, les tiges directrices supprimées n’ont laissé aucune marque sur les branches latérales normales (Fig. 7A).

Des structures semblables ont également été observées sur les bourgeons d’hiver de 2015 au sommet de l’axe principal, où des bourgeons latéraux normaux avec une suppression totale des bourgeons apicaux ont parfois pu être observés (Fig. 7B).

Ces observations démontrent que la suppression des pousses de tête résulte vraisemblablement de la suppression des bourgeons apicaux à un stade précoce de leur développement, indépendamment de la formation des bourgeons latéraux.

DISCUSSION

Dans cette étude, un accroissement significatif des déficiences morphologiques a été mis en évidence sur les populations de sapins japonais poussant sur les sols près de F1NPP.

Leur occurence est en correspondance avec un niveau de contamination radioactive représenté par le débit de dose ambiante de chacun des sites, suggérant que ces défauts pourraient être imputables à une exposition à la radiation ionisante provenant des radionucléides qui furent relâchés après l’accident.

D’un autre côté, une destruction de pousses de tête a aussi pu être observée sur le site témoin dans une plus faible mesure, ce qui indique que ces défauts n’ont pas été spécifiques à la radiation, mais universels. La destruction des pousses de tête sur le site témoin est apparue de façon aléatoire sur les rameaux annuels et non pas une année plutôt que l’autre. Mieux encore, même sur les sites fortement contaminés, une faible fréquence de défauts a pu être observée avant l’accident de F1NPP en 2011. Ces résultats ont suggéré que les défauts ont pu aussi apparaître indépendamment d’une exposition à la radioactivité.

Des défauts similaires au niveau de l’axe principal ont été rapportés concernant de nombreuses essences de conifères cultivées dans des plantations, qui comprennent la séparation du tronc en deux branches ou davantage, de taille semblable, ce qu’on appelle un défaut de fourche (14, 15, 16, 17). Les défauts de fourche peuvent avoir pour origine le bris de la branche directrice en raison d’un dommage accidentel, comme un oiseau qui s’y perche, l’attaque d’un animal, un fort vent, ou des maladies pathogènes, ou encore un stress environnemental comme le gel (14). Des études plus anciennes ont montré que chez le Pin tordu (ou Pin de Murray - Pinus contorta), les défauts de fourche pouvaient également être causés par un contrôle physiologique de la dominance apicale même en l’absence de dommages mécaniques (14, 15). Dans notre étude, les défauts de fourche qui ont été observés sur les sapins japonais étaient identiques à ceux des autres essences de conifères.

Relativement aux effets de la radioactivité, il a été rapporté la destruction des pousses de tête dans les Pins sylvestres qui furent exposés de façon chronique à la radiation, dans une zone contaminée tout près de la centrale nucléaire de Tchernobyl (11). Les arbres qui présentaient des défauts de fourche avec la destruction des rameaux de tête annuels formaient parfois des canopées buissonnantes sans aucun axe principal. Une autre étude a montré que les pins sylvestres à Tchernobyl ont eu pour caractéristique la disparition du tronc unique au profit de deux troncs ou davantage, ou de branches, en correspondance avec un débit estimé de dose reçue pendant le développement des bourgeons apicaux (12).

Bien que les défauts des pins proches de la centrale nucléaire de Tchernobyl ne fussent pas tous identiques à ceux qui furent observés sur les sapins japonais dans la zone proche de F1NPP, cette information semble appuyer la thèse d’une corrélation entre les modifications morphologiques des sapins japonais et une exposition chronique à la radioactivité provenant du relâchement de radionucléides.

En dépit de la correspondance entre les défauts des sapins japonais et le niveau de la contamination radioactive, on dispose de peu d’information biologique pour soutenir la thèse que les fréquences accrues des modifications morphologiques fussent causées par la radioactivité relâchée après l’accident de F1NPP. Même si le dommage intervenu au stade initial de la formation du bourgeon apical semble la cause primordiale de la suppression des rameaux de tête, il y a un laps de temps de deux ans entre 2011 —l’année où le niveau de radioactivité dans l’environnement fut le plus élevé — et 2013 —l’année présentant la fréquence en défauts la plus élevée— qui demeure sans explication.

Par conséquent, il convient de rechercher au niveau des cellules et des tissus, les procédés  impliqués dans la suppression des rameaux de tête, relativement au développement des bourgeons latéraux et apicaux des conifères.

Comme nous l’avons mentionné ci-dessus, un certain nombre de facteurs peuvent être responsables de l’accroissement des fréquences en défauts observées dans la morphologie des populations de sapins japonais près de F1NPP et, à ce jour, on n’a pas fait la preuve qu’un quelconque facteur isolé soit la cause unique de ces augmentations.

Néanmoins, une corrélation positive a pu être observée entre les débits de dose ambiante et les fréquences de défauts dans la morphologie, et ces fréquences ont augmenté après l’accident à F1NPP alors qu’elles étaient beaucoup plus basses avant l’accident, induisant qu’entre plusieurs facteurs potentiels d’augmentation des fréquences en défauts morphologiques, la radiation ionisante fut le plus probable.

Afin de confirmer ce postulat, il serait pertinent d’évaluer les niveaux de dose dans les sapins japonais dans les champs contaminés de Fukushima, et l’on devrait étudier dans des installations nucléaires, sur cette essence, les effets de l’irradiation à long terme.

[NDLT : Pour des précisions complémentaires sur les conditions de l’étude, merci de vous reporter à l’annexe du texte de la source].

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