Transfert du radiocobalt rejeté par la centrale de Mühleberg dans les systèmes aquatiques de l'Aar et du lac de Bienne (Suisse)

Transport of radiocobalt discharged by the Mühleberg nuclear reactor in the aquatic systems of the Aare river and Lake Biel (Switzerland)

Institut fédéral pour l'aménagement, l'épuration et la protection des eaux (EAWAG-ETH) CH-8600 Dübendorf, Suisse

Résumé

Lors d'un rejet d'effluent radioactif, un radioélément donné passe d'un système artificiel, contenu dans la cuve de stockage, à un système naturel. Son comportement n'est donc pas seulement gouverné par des réactions chimiques relativement simples et qui peuvent être reproduites en laboratoire, mais il est aussi influencé par les mécanismes complexes et encore peu connus qui régissent les systèmes naturels. Le cobalt, bien étudié en raison de I'importance radioécologique du ⁶⁰Co fournit un exemple des réactions chimiques qui jouent un rôle dans un système aquatique, en particulier la complexation organique et inorganique et l'adsorption par la matière en suspension. Sur la base de constantes d'équilibre et d'un simple modèle de complexation de surface, il est possible d'estimer I'importance des espèces chimiques formées par le cobalt. Les résultats théoriques sont confrontés aux mesures pratiquées in situ en aval de la centrale de Mühleberg, située à proximité de Berne, où l'échantillonnage peut être effectué dans l' Aar et dans le lac de Bienne à 18 km de la centrale. Les carottes de sédiments indiquent qu'un faible pourcentage de ⁶⁰Co se dépose dans certains sites de la rivière (<5%), alors que la proportion atteint 50±20% dans les sédiments du lac de Bienne. Un modèle de transport est nécessaire pour simuler l'évolution des rejets dans les deux systèmes aquatiques. Le transport en rivière est calculé par les équations d'ad- vection et de dispersion, le transport dans le lac est représenté par le temps de résidence de l'eau et les caractéristiques physiques de ce plan d'eau. Les mesures ont montré que la fraction du {60}Co adsorbée sur les particules <0.5 μm et sur les colloïdes (0.45 m à 5000 Dalton) ne représente qu'une faible proportion, ne dépassant généralement pas 20%. Ces résultats permettent de valoriser les variables les moins bien connues du modèle, comme la concentration de ligands organiques, la constante d'équilibre pour la complexation organique ou la relation entre la masse de particules et le nombre de sites d'adsorption. II est important de noter que ce modèle, reposant sur des données collectées in situ, ne s'applique directement qu'à l'Aar en aval de la centrale de Mühleberg et au Lac de Bienne.

Abstract

During the discharge of a radioactive effluent, a radioelement passes from an artificial system in the storage tank, to a natural system. Its behaviour will not only be governed by relatively simple chemical reactions, that can be reproduced in the laboratory, but in addition by more complex, poorly known mechanisms, that control natural systems. Cobalt, well studied because of the radioecological importance of ⁶⁰ Co, represents an example of a metal that participates in chemical reactions which play a role in aquatic systems, particularly organic and inorganic complexation and adsorption on suspended particles. On the basis of equilibrium constants and a simple surface complexation model it is possible to estimate the importance of the different chemical species of cobalt. The theoretical results are confronted with in situ measurements downstream of the Mühleberg nuclear power plant, situated at close proximity to Berne. Here sampling can be carried out in the river Aare and in Lake Biel. 18 km downstream of the power plant. Sediment cores indicate that only a small percentage (<5%) of ⁶⁰ Co is found in riverine sediments, whereas the proportion found in Lake Biel sediments reaches %. A transport model is necessary to simulate the evolution of the discharged water in the two aquatic systems. Transport in the river is calculated on the basis of advection/dispersion equations; transport in the lake is represented by the water residence time and aquatic physical characteristics. Measurements have shown that the fraction of ⁶⁰Co adsorbed to particles <0.5 μm and to colloïds (0.5 μm to 5000 Dalton) rarely exceeds 20%. These results enable evaluating the model variables, which are poorly known, such as the concentration of organic ligands, the equilibrium constant for organic complexation or the relation between particle mass and number of adsorption sites. It must be remembered that this model, which is based on in situ measurements, can only be directly applied to the Aare downstream of the Mühleberg reactor and Lake Biel.