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Du tritium « naturel » est produit, essentiellement dans la haute atmosphère par spallation des atomes d’azote 14 (ainsi que d'oxygène et d'argon) par les rayons cosmiques. En terme d'activité, l’UNSCEAR estime l’inventaire global du tritium naturel à environ 1,3.10¹⁸ Bq.

Du tritium anthropique est émis (et en forte augmentation dans l'environnement) depuis les années 40, dépassant de loin les taux naturels, via deux sources principales : les installations nucléaires et les explosions nucléaires ;

modifier Cinétique du tritium dans l’environnement

Très soluble dans l'eau, il est essentiellement présent sous forme d’eau tritiée (liquide ou gazeuse) ; on parle alors de tritium libre. La légère différence massique d'une même molécule selon qu'elle contienne des atomes d'hydrogène ou de tritium explique des différences de comportements, en particulier concernant l'eau tritiée lors des processus naturels de changement de phase (évaporation, condensation, cristallisation..) source d'un faible enrichissement en tritium de la phase condensée par rapport à l’hydrogène (plus léger).

Le tritium ayant les mêmes propriétés chimiques que l'hydrogène, il s'y substitue facilement et partout, c'est à dire qu'il se lie à d'autres atomes, dans les molécules, notamment organiques, de la même manière que le ferait l'hydrogène, et l'eau tritiée se répartit sur l'ensemble du cycle de l'eau.

De là, le tritium est facilement incorporé à la matière organique tritium lié lors de la photosynthèse et via le recyclage de la nécromasse ou plus généralement via la chaine alimentaire ; ces trois formes de tritium peuvent être transférées aux autres compartiments de l’écosystème. Il conviendrait donc de mesurer l’impact de l’activité du tritium sur la période de formation de la matière organique pour pouvoir en déterminer les effets et avoir une information rétrospective sur le sujet.

Certaines ONG (Crii-Rad, Greenpeace, …) dénoncent les rejets industriels de tritium et de carbone 14 en insistant sur la capacité d'organismes filtreurs (ou biointégrateurs) à concentrer certains toxiques dilués dans l'environnement (bioconcentration ; exemple : une moule peut concentrer 700 000 fois, voire jusqu'à environ 1 million de fois, l'iode qui est si faiblement réparti en mer qu'il n'est souvent pas quantifiable dans l'eau).

Cette argumentation ne parait pas applicable au cas du tritium, car ce dernier a des propriétés chimiques si proches de celles de l'hydrogène qu'il se comporte en tous points comme lui dans tout le cycle de l'eau c’est à dire sans facteur de séparation possible ou significatif⁵, y compris dans les systèmes vivants⁶. L’IRSN considère qu’en situation d’« équilibre-vrai », il ne semble pas s’accumuler préférentiellement dans tel ou tel composant environnemental ou biologique⁷. Une étude sur des algues marines effectuée en 1983 a suggéré une possibilité d'accumulation⁸; mais ce résultat non conclusif n'a pas été confirmé depuis.

modifier Propriétés

modifier Propriétés chimiques

Aux températures ordinaires, le tritium est un gaz (HT ou T₂). En présence d'oxygène, il produit de l'eau tritiée (HTO), s'il y a une source de chaleur ou une étincelle. (Oxydation, tout comme l'isotope léger H₂). En milieu sec, le tritium gazeux se convertit en eau tritiée ; environ 1 % du tritium est converti en 1 heure, et d'autant plus vite que le milieu sera humide.^{[réf. souhaitée]}

modifier Radioactivité

Le tritium est radioactif. Sa demi-vie est de 12,32 ans.
Il se transforme en hélium 3 par la réaction :

La réaction dégage une énergie maximale (Emax) de 18,6 keV et moyenne (Emoy) de 5,7 keV, l'électron emportant en moyenne une énergie cinétique de 5,7 keV, le reste étant emporté par un antineutrino électronique (pratiquement indétectable). Son énergie particulièrement faible le rend également difficile à détecter autrement que par scintigraphie.

Le rayonnement bêta émis est de faible énergie : il est rapidement arrêté dans l'eau et dans les tissus biologiques après avoir parcouru 6 μm tout au plus (et en moyenne environ 0,56 μm). Par conséquent, un rayonnement externe est rapidement arrêté par la surface « morte » de la peau humaine. Cependant, contrairement à son rayonnement, la plupart des molécules tritiées (HTO ou OBT) peuvent être absorbées à travers la peau, membranes ou tissus biologiques de la plupart des êtres vivants tels que les humains, les animaux, les espèces fongiques, les végétaux et autres.

Du point de vue de sa radioactivité, le tritium n'est donc dangereux que lorsqu'il est inhalé ou ingéré ou lorsqu'il a pénétré une cellule vivante.

modifier Tritium et industrie nucléaire

Le tritium est une matière nucléaire dont la détention est réglementée (En France : Article R1333-1 du code de la défense).

modifier Production

Le tritum est produit dans la nature par l'interaction entre le rayonnement cosmique et l'atmosphère. La réaction dominante est l'interaction entre un neutron rapide (de plus de 4 MeV) et un atome d'azote⁹:

Cependant, du fait de la demi-vie relativement courte du tritium, par rapport aux temps géologiques, celui-ci est en "quasi-équilibre" entre la production et la désintégration. Il ne peut pas s'accumuler dans l'atmosphère de manière significative.

Le tritium peut être produit en quantités importantes en bombardant du lithium par un flux neutronique. C'est le cas par exemple dans le réacteur nucléaire d'une centrale nucléaire. L'isotope léger (⁶Li), présent dans le lithium naturel à raison de 7,5 %, capture les neutrons et donne des noyaux d'hélium et de tritium suivant la réaction :

Dans le futur, la fusion thermonucléaire destinée à produire de l'énergie devrait utiliser le lithium dans une zone périphérique dite de couverture, enveloppant le cœur du réacteur, afin d'intercepter un maximum de neutrons produits par les réactions de fusion. Le tritium pourrait ainsi être produit et consommé sur place, limitant le transport de matières radioactives.

Les réacteurs à eau lourde en produisent par la capture d'un neutron par un atome de deutérium. Cette réaction n'a qu'une très faible section efficace (c'est pourquoi l'eau lourde est un bon modérateur) et ne produit que peu de tritium.

En milieu nucléaire, l'hélium 3 produit par la désintégration du tritium est lui-même réactivé en tritium par la réaction inverse :

modifier Utilisation

Le tritium est utilisé dans les armes nucléaires utilisant la fusion nucléaire tritium-tritium ou tritium-deutérium. Celle-ci est déclenchée par les conditions extrêmes de température et de pression lors d'une réaction explosive de fission nucléaire de l'uranium 235 ou du plutonium 239. Les neutrons dégagés par la fusion du tritium favorisent à leur tour la fission de l'uranium ou du plutonium.

Le tritium gazeux est aussi utilisé pour sa capacité à faire briller dans le noir le phosphore, avec bien moins de risque qu'avec le radium (interdit pour ces usages en raison de sa dangerosité, notamment pour les travailleurs). Des tubes transparents emplis de gaz servent à rendre lumineux des points (montres, chronomètres, systèmes de visée d'armes de chasse, guerre, ou tir sportif), des gadgets (pendentifs, porte-clés) ou des panneaux de sécurité (de type "sortie de secours" qui n'ont alors plus besoin de piles ou circuit d'alimentation, mais qui peuvent perdre leur tritium en cas d'incendie).

Le tritium sera aussi l'un des isotopes de l'hydrogène utilisé pour le fonctionnement du futur réacteur à fusion nucléaire ITER.

modifier Rejets

Le tritium est, avec le carbone 14, l'un des deux radionucléides les plus émis dans l’environnement durant le fonctionnement normal des installations nucléaires.

On ne connait pas aujourd'hui de moyen, à coûts raisonnables, de filtrer, isoler ou stocker correctement le tritium. Cet atome étant actif et parmi les plus petits (sous forme gazeuse), il se diffuse par les porosités les plus fines, passant par exemple au travers du caoutchouc et se diffusant dans la plupart des types d'acier. Il peut s'évaporer, se diluer dans de l'eau et pénétrer le béton s'il n'est pas protégé par une couche spéciale.

C'est pourquoi les gros producteurs de tritium ont demandé (et obtenu) des normes leur permettant de disperser et de diluer le tritium dans l'environnement.

Les usines de production de plutonium de la Hague ou de Sellafield ont des limites de rejets leur permettant de rejeter en mer ou dans l'air la quasi totalité du tritium qu'elles produisent ou doivent gérer. Les usines de retraitement de la Hague peuvent rejeter en mer 1400 fois plus de tritium que ce qui est autorisé pour le réacteur de la centrale nucléaire de Gravelines, également situé en bord de la mer et à proximité de grandes zones de pêche, mais dans une zone plus urbanisée et avec des courants moins forts.

L'usine de retraitement de la Hague a l'autorisation de rejeter 37 000 TBq (téra becquerels) par an sous forme liquide et 2 200 TBq par an sous forme gazeuse¹⁰.
L'usine de la Hague a déclaré en 1999, 8.10¹³ Bq (soit 0,22 g de tritium) et les rejets liquides à 13.10¹⁵Bq (soit 36 g). Pour l'année 2002, elle en a rejeté respectivement 11 900 TBq et 63,2 TBq (source Areva NC).
Pour l’usine de Sellafield (GB) en 1997, les rejets gazeux de tritium se sont élevés à 1,7.10¹⁴ Bq et les rejets liquides à 2,6.10¹⁵ Bq (BNFL, 1997).

Selon l'Autorité de sûreté nucléaire, en France, bien que les « activités » des rejets d'autres radionucléides ont fortement diminué (d’un facteur 100 voire plus) des années 1985 aux années 2005, « les activités en tritium et en carbone 14 restent globalement constantes, voire augmentent pour certaines installations »¹¹.

modifier Utilisation non nucléaire

Le radium (trop radioactif) a été interdit pour la luminescence des montres et réveils, où il a été remplacé par du tritium moins dangereux (norme ISO 3157:1991). Le rayonnement bêta du tritium suffit à exciter suffisamment une matière luminescente pour rendre les graduations visibles dans l'obscurité.

Bien que cela soit interdit dans certains pays (dont les USA), des capsules de tritium gazeux sont utilisées dans certaines montres ou gadgets (dits « trasers »), qui font l'objet d'un commerce illégal et éventuellement dangereux.

En France, cette pratique est soumise à autorisation de vente par le code de la santé publique¹².

Le tritium est également utilisé dans le fonctionnement des piles bêta-voltaïque que l'on peut déjà trouver dans certains satellites. Elle ne sont pas utilisées pour le grand public, mais les chercheurs tentent de les miniaturiser pour les utiliser dans les ordinateurs portable et les téléphones.
En effet, ce type de piles a l'avantage de fournir en continu du courant pendant environ 30 ans, que l'on s'en serve ou non, et ce sans échauffement de la pile.

modifier Toxicologie

modifier Contraintes

L'irradiation bêta émise par le tritium est faible : le tritium fait réglementairement¹³ partie du groupe de radiotoxicité le plus faible (groupe 4). La radioactivité du tritium est relativement faible, et ne présente pratiquement aucun danger par ses rayonnements à distance, compte tenu des quantités habituellement rencontrées : l'énergie des paticules β émises n'entraine pas d'exposition externe significative. Le parcours maximal du rayonnement β du tritium (6 μm) est du même ordre de grandeur que la dimension du noyau cellulaire (quelques μm), par conséquent les rayonnements émis par le tritium sont bloqués par la couche de peau morte qui recouvre l'épiderme.

En revanche, s'il a été ingéré, ce qui est facilité lorsqu'il est à l'état gazeux ou lorsqu'il est présent sous forme d'eau tritiée, il peut endommager les cellules qui y sont exposées. Il est néanmoins reconnu comme cancérigène. Christian Bataille, dans son rapport¹⁴ sur la gestion des déchets nucléaires rappelle que le tritium « présente pour la santé humaine des dangers incontestables qu’il convient de ne jamais oublier. »

La radiotoxicité du tritium est très différente suivant qu'il est absorbé sous forme gazeuse, liquide, ou organiquement fixée (OBT).

Le tritium pénètre dans le corps par la respiration, par ingestion ou à travers la peau.

Quelle que soit la forme de l’apport en tritium, la plus grande partie du tritium a été éliminée en 1 mois et la quasi-totalité est éliminée en moins de 1 an. Sa période biologique est donc très inférieure à sa période radioactive.

Les facteurs de doses restent cependant extrêmement faibles dans tous les cas :

modifier Tritium dans l'eau potable

L’eau tritiée est la forme majoritaire de transfert du tritium dans l’environnement et d’exposition humaine. C’est pourquoi des traces de tritium sont recherchées dans l’eau potable.

Les recommandations de l’OMS sur les critères de potabilité de l’eau de boisson sont que la dose reçue du fait de la présence d’un radionucléide dans l’eau de boisson ne dépasse pas 0,1 mSv/an. Cette dose pourrait être atteinte chez l’adulte par la consommation quotidienne de deux litres d’eau tritiée à hauteur de 7800 Bq/l (valeur guide de l’OMS pour ce radioélément)¹⁸. Le gouvernement de l'Ontario (Canada) a recommandé que le maximum de tritium toléré dans l'eau potable passe de 7000 Bq/l à 20 Bq/l en 5 ans et que l'on vise une réduction plus importante¹⁵.

Par ailleurs, en France, le tritium est suivi comme indicateur de radioactivité : si la concentation en tritium dépasse le niveau de référence de 100 Bq/l, il est procédé à la recherche de la présence éventuelle de radionucléides artificiels. Ce niveau n'est donc qu'une "référence de qualité" : le dépassement de cette valeur ne signifie pas que l’eau est non potable¹⁹.

La pluie peut être une source de contamination directe des animaux, dont ceux d’élevage. Selon la CRIIRAD (1995), l'eau de pluie polluée par les tests nucléaires et par le tritium naturel est susceptible de contaminer les nappes phréatiques jusqu'à 4 Bq/l. Au delà, on peut suspecter qu'une autre source de tritium soit en cause, avec certitude au dessus de 7 Bq/l.

Par example, près de l'usine de retraitement de La Hague, la mer contient de 3 à 30 Bq/l malgré la forte capacité de dilution du tritium, soit 15 à 150 fois plus que la moyenne²⁰. En France, les teneurs des eaux de surface et de nappe dépassent rarement 10 Bq/l même si elles grimpent localement et ponctuellement jusqu'à 20 Bq/l²¹, voire plus (ie. près du site de Valduc, l’eau d’alimentation du site était en 1996 contaminée à des taux atteignant plusieurs dizaines de Bq/l, voire près de 100 Bq/l).

L'ensemble de cette contamination par des traces de tritium reste très en dessous de la limite donnée par l'OMS pour l'eau potable (de l'ordre de 10 000 Bq/l, soit 100 fois plus).

modifier Mesure

Une chambre d'ionisation des gaz permet de mesurer des concentrations importantes, de même que la microcalorimétrie pour des solides (sous forme d'hydrures par exemple).
L'eau tritiée, ou des liquides (extraits par distillation azéotropique de plantes, animaux, champignons, sols) peuvent être analysés facilement grâce à la scintillation liquide. Vers 1980 sont apparus des compteurs à très bas bruits de fond détectant le tritium à partir de 5 Bq/l. De nouveaux flacons de comptage ainsi que des « cocktails scintillants » spéciaux ont permis de le détecter à partir de 1 Bq/l²². La spectrométrie de masse de cet isotope est encore plus précise, mais plus longue (délais d'attente pour les analyses). Le tritium de l'air doit être analysé dans l'eau, après y avoir été solubilisé. Le tritium peut dégazer d'un échantillon liquide pour s'enfuir dans l'atmosphère. Les échantillons sont donc conservés en flacons étanches et avec une pellicule d'huile minérale sur le liquide.

Une eau faiblement tritiée peut être "enrichie" pour analyse en profitant du fait que, lors de l'électrolyse, le tritium se dégage à la cathode plus lentement que l’hydrogène ordinaire (car plus léger). Cette technique permet d’accroitre les seuils d'analyse de 0,2 jusqu’à 0,02 Bq/l. Les échantillons de sols ou de tissus vivant sont congelés et si possible traités dans leurs récipents d'échantillonnages qui doivent être étanches.

modifier Bibliographie

modifier Notes et références

↑ Voir fiche radionucléide citée ci-dessous.
↑ Voir fiche radionucléide déjà citée, page 3.
↑ Sources and effects of ionizing radiation - United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. UNSCEAR 2000 Report to the General Assembly.
↑ (UNSCEAR, 1993)
↑ Une fois qu'elle est liée, l'eau tritiée (de même que pour les formes fixées à des composés organiques) ne diffère pas significativement de l'eau normale ou de l'eau lourde dans son comportement physico-chimique. À titre de comparaison, le facteur de séparation pour la distillation de l'eau lourde n'est que de 1,053 à 50°C. Des facteurs de séparation plus notables ne sont observés pour les isotopes de l'hydrogène que sur les échanges chimiques avec la forme gazeuse, par exemple l'équilibre NH₃ / H₂ qui présente un facteur de séparation de 6 pour le deutérium, ou la conversion spontanée du tritium en eau tritiée.
↑ C'est précisément à cause de cette absence générale de sélectivité isotopique significative que les radionucléides artificiels sont de bons traceurs pour l'étude des processus biologiques.
↑ Fiche "Radionucléide ; Tritium et environnement, produite par l'IRSN en 2001 (voir page 10 et 11 sur 15)
↑ Strack S, Kirchmann R, Luttke A et Bonotto S (1983). Selective accumulation of organically bound tritium in the marine unicellular algae Dunaliella bioculata & Acetabularia mediterranea. Int J Appl Radiat Isot, 34(5): 865-869. Cité par la fiche de l'IRSN sur le Tritium
↑ (en)An Evaluation of the Neutron and Gamma-ray Production Cross Sections for Nitrgoen, Los Alamos Scientific Laboratory.
↑ L’usine de traitement de La Hague a rejeté, en 1997, environ 12 000 térabecquerels (téra- = "x10¹²", soit multiplier par un million de millions, ou par mille milliards) sous forme de rejets liquides (11 900 TBq de tritium et 1,8 TBq d’iode 129) et 300 000 TBq sous forme gazeuse (principalement du krypton 85). D'après le site du CEA : "Rejets dans l'environnement"
↑ Revue de l'ASN n° 117 (Voir page 79, article "Tritium, carbone 14 : mythe ou réalité ?")
↑ Article R 43-2
↑ Au sens du décret 66-450 de 1966 modifié par le décret 88-521-1988.
↑ Rapport L’évolution de la recherche sur la gestion des déchets nucléaires à haute activité (Tome II)
↑ ^a ^b ACES, 1994
↑ 25 000 fois plus, selon une étude de l'AIEA - AIEA 1991.
↑ Fairlee, 1992.
↑ Fiche de synthèse sur le Tritium (A. Comte CEA / EDF Décembre 2005)
↑ Décret n° 2001-1220 du 20 décembre 2001 - JORF du 22 décembre 2001, p. 20392.
↑ Fiche IRSN déjà citée, page 5 sur 15.
↑ OPRI, Tableaux mensuels de mesure, Office de Protection contre les rayonnements ionisants, Le vésinet, 1995.
↑ Belot Y, Roy M, et Metivier H ; Le tritium, de l'Environnement à l'Homme. Éditions de Physique, Paris, 1996.

Tritium.html

Sommaire

modifier Inventaire planétaire et écologie du Tritium