Numéro |
Hydroécol. Appl.
Volume 13, 2001
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Page(s) | 43 - 83 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/hydro:2001005 | |
Publié en ligne | 1 mai 2007 |
Transfert jusqu'a l'estuaire des radionucléides rejetés par les CNPE du bassin de la Loire
Transfer in the Loire river basin down to the estuary of nuclear power plants radioactive discharges
EDF R&D, Département Laboratoire National d'Hydraulique et Environnement, 6 quai Watier, 78401 Chatou Cedex, France
Les radionucléides d'origine anthropique présents dans le bassin fluvial de la Loire se composent des émissions de centrales électriques d'origine nucléaire, des retombées d'anciens essais d'armes nucléaires et de l'accident de Tchemobyl. Depuis 1963, le nombre de ces centrales nucléaires a régulièrement augmenté, atteignant en l'an 2000, 14 unités implantées sur 5 sites différents, dont 4 sur la Loire ellemême et le dernier sur son affluent la Vienne. Chacune de ces centrales procède périodiquement à des rejets radioactifs résiduels de faible niveau dans la Loire, à l'origine d'une exposition dosimétrique très faible à proximité des sites, ainsi que le montrent les calculs d'évaluation de l'impact, confirmés par les surveillances environnementales effectuées autour de tous les sites en fonctionnement. Il était toutefois nécessaire d'évaluer dans quelle mesure la succession de plusieurs centrales nucléaires sur le même réseau fluvial était susceptible d'augmenter les concentrations de radionucléides dans l'environnement aval, et d'affecter éventuellement la dose individuelle reçue par la population. Pour répondre à cette question des effets cumulés à long terme, EDF a lancé en 1998 le "Programme radioécologie Loire", qui a associé trois approches complémentaires comprenant des études sur le terrain, des expériences en laboratoire et des modélisations numériques, en prêtant une attention particulière aux éventuelles accumulations de radionucléides dans les sédiments du fleuve et de son estuaire. En raison des différences marquées qui distinguent l'environnement d'eau douce du milieu estuarien, chacun de ces deux écosystèmes a fait l'objet d'une étude spécifique. En ce qui concerne la partie fluviale, les concentrations en radionucléides des phases dissoutes, particulaires et sédimentaires ont été évaluées à l'aide du modèle CRESCENDO, dont le développement et la validation ont nécessité plusieurs étapes en vue de représenter d'abord les phénomènes hydrauliques et de transport par l'élaboration d'un modèle 1D de 350 km de long, associé, lors d'une deuxième étape, aux éléments suivants : – un modèle de dynamique des sédiments, étalonné par une étude des zones de décantation des particules fines que sont par exemple les barrages et les rivages, – un modèle d'échange de contamination entre l'eau et les particules en suspension, provenant d'expériences en laboratoire réalisées pour les différentes catégories de masses d'eau. Après chaque étape, les valeurs calculées ont été comparées à des résultats de mesures in situ comme les concentrations quotidiennes de tritium relevées à Angers, limite aval du fleuve, afin de confirmer que le modèle représentait fidèlement les processus impliqués. Lors de la dernière étape, on a calculé avec le modèle CALVADOS les doses individuelles reçues par la population à différents endroits du cours de la Loire. Les radionucléides pris en compte en raison de leur importance relative dans les rejets liquides des centrales ont été les suivants : tritium, 14C, 58Co, 60Co, 110mAg, 134Cs, 137Cs, 54Mn, 124Sb et 131I. Dans la zone estuarienne, 8 campagnes de prélèvement d'eau, de M.E.S et de sédiments ont été réalisées sur une période de 15 mois. L'analyse radioactive couvrait le 14C, le 90Sr et le 3H, ainsi que les émetteurs gamma, d'origine naturelle (chaînes de désintégration de l'uranium et du thorium, 7Be et 40K) ou artificielle (principalement les isotopes du cobalt et du césium). En se basant, d'une part, sur les résultats des mesures et, d'autre part, sur les résultats de la modélisation 2D sur 4 marées des échanges et du transport des radionucléides, un modèle simplifié de l'estuaire, MOBHYDYS, a été développé pour décrire le devenir des radionucléides sur de plus longues périodes. Il calcule avec un pas de temps journalier le bilan entrée-sortie de l'estuaire et les concentrations moyennes dans l'estuaire. Ce modèle a été appliqué au tritium, au cobalt 60 et au césium 137 sur la période 1994 à 1999. Il a permis d'évaluer, en complément aux 8 campagnes de mesures, les stocks de radionucléides présents dans l'estuaire, les flux expulsés vers l'océan, et la part représentée par les rejets des centrales nucléaires, dans cet inventaire.
Abstract
Anthropogenic radionuclide inputs in the Loire river basin mainly consist of radioactive releases from nuclear reactors as well as fallouts from past nuclear weapon tests and from the Chernobyl accident. Since 1963, the number of power plants has been steadily increasing to reach, in the year 2000, 14 units operating on 5 different sites, with 4 of them located on the Loire river and the last one on the Vienne river, a tributary. Each of these units carry out low level periodic radioactive liquid discharges in the Loire river, inducing very weak doses for each site, as calculated for impact assessment process, and confirmed afterwards by environmental surveillance during power plant operation. Nevertheless, it was needed to evaluate to what extent the succession of several nuclear power plants on the same river system could increase the concentrations in radionuclides in the downstream environment, and thus affect the dose to the public. To address this long term and cumulative issue, EDF initiated in 1998 the "Loire river radioecology program", through three complementary approaches with field surveys, laboratory experiments and numerical modelling. Special attention was given to possible accumulation of radionuclide in river and estuary sediments. Due to the two very different parts of Loire river basin, two specific studies were performed: one on the freshwater environment, the other on the estuarine environment. As concerns the river part, radionuclides concentrations in the dissolved, particulate and sedimentary forms were evaluated using the CRESCENDO model. The development and validation of this model required a multi-step process to represent, firstly, hydraulics & transport through the design of a 350 km long 1D basic model, associated, in a second step, with: – a sediment dynamics model, calibrated through monitoring of settling areas for fine particles such as dams and river shores, – and contamination exchange model in the different aquatic bodies, representing radionuclide exchange between water and particles derived from laboratory experiments. After each step, the computed values were compared to measured data-sets, such as the daily tritium concentrations measured in Angers, at the downstream limit of the river, to ensure the model adequately described the processes involved. In the final step, the CALVADOS model was used to calculate doses to the public at different locations along the Loire river. The following radionuclides were considered because of their relative importance in power plant liquid discharges: tritium, 14C, 58Co, 60Co, 110mAg, 134Cs, 137Cs, 54Mn, 124Sb and 131I. In the estuary zone, 8 sampling campaigns for water, suspended matter and sediments were performed over a 15 months period. Radioactive analysis covered 14C, 90Sr , 3H, as well as the naturally occurring gamma-emitters (uranium and thorium decay chains, 7Be and 40K), and the artificial gamma emitters (mainly cobalt and cesium isotopes). From the results of measurement and 2D modelling over 4 tides of radionuclides exchanges and transport, a simplified model, MOBHYDYS, was developped for describing the evolution of radionuclides over longer periods. The calculation, of the estuary input/output balance and mean concentrations was performed with a daily step. This model, applied to tritium, cobalt 60 and cesium 137 over the 1994-1999 period, permitted to evaluate, in addition to the 8 measurements campaigns, the stocks of radionuclides present in the estuary, the fluxes expulsed towards the ocean, and the part represented by the releases of nuclear power stations in this inventory.
Mots clés : Radionucléide / rivière / estuaire / sédiment / eau / dose reçue par la population
Key words: Radionuclide / river / estuary / sediment / water / individual dose to the public
© EDF, 2001
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