Fukushima : étude inédite sur le traçage de la dispersion des sédiments radioactifs

Une étude inédite : le traçage de la dispersion des sédimentssédiments radioactifs le long des rivières drainant le panache de contaminationcontamination de la préfecture de Fukushima.

L'accidentaccident nucléaire de la centrale de Fukushima-Daiichi s'est vu attribuer le niveau 7, qui correspond à l'échelon le plus élevé selon l'Ines (International Nuclear Event ScaleInternational Nuclear Event Scale). Il a généré des émissions importantes de radionucléides dans l'environnement [1].

Après la désintégration des radio-isotopes de courte période (comme l'iode-131 qui a une demi-vie de 8 jours), l'attention porteporte sur la contamination à plus long terme générée par les isotopes du césium (le césium-134 qui a une demi-vie de 2 ans, et le césium-137 dont la demi-vie atteint 30 ans). Ces substances s'adsorbent fortement à la fraction fine des particules de sol. À cause de leur demi-vie plus longue, elles constituent une source potentielle de contamination radioactive et elles peuvent être dispersées dans l'environnement par l'intermédiaire des particules de sol et des sédiments qui transitent dans le paysage au gré des processus d'érosion et de ruissellement. Une fois qu'elles atteignent les rivières, elles peuvent rapidement parcourir des distances plus ou moins longues.

 Un panneau placé sur les rives du lac Mano, qui se trouve dans la zone contaminée, déconseille de pêcher le poisson du lac et de s’y baigner. © O. Evrard

Dans la littérature scientifique, ces radionucléidesradionucléides peuvent être utilisés comme marqueurs pour tracer les processus d'érosion et identifier les sources produisant les sédiments que l'on retrouve dans les rivières. Cependant, après un accident nucléaire, ils constituent une source de contamination importante, et leur traçage constitue dès lors un objectif à part entière.

L'accident de Fukushima s'est produit le 11 mars 2011, au Japon. La majeure partie des radionucléides qui ont été émis ont été emportés vers l'océan Pacifique. Cependant, le changement de la direction du ventvent et l'occurrence de pluie et de neige le 15 mars ont conduit à la formation d'un panache de contamination sur le territoire japonais situé au nord-ouest de la centrale de Fukushima Daiichi, et sur une distance d'environ 70 à 80 km à vol d'oiseauoiseau de la centrale. Une partie importante de ce panache se situe dans le bassin du fleuve Abukuma, qui draine une surface de 5.200 km², depuis une altitude de 1835 m, jusqu'à l'océan Pacifique. Dans ce bassin, on trouve de très nombreuses forêts (couvrant 79 % de la superficie totale du bassin) et des cultures (des rizières, notamment, qui couvrent 18 % de la surface du bassin). En raison des importantes différences d'altitude dans la zone, le cumul pluviométrique moyen annuel y varie entre 1.100 et 2.000 mm. Le reste du panache affecte la partie amont essentiellement boisée du bassin de plusieurs fleuves côtiers (comme la Mano et la Nitta).  En contrebas de ces montagnes, ces fleuves drainent ensuite des plaines côtières cultivées et densément peuplées.

Les rivières de la région de Fukushima drainent à la fois des montagnes boisées et des plaines cultivées. © O. Evrard

Afin de pouvoir tracer la dispersion des sédiments contaminés par ces cours d'eau, il est indispensable de connaître le niveau initial de contamination radioactive de toute cette région. À cette fin, plusieurs campagnes aéroportées associées à des échantillonnageséchantillonnages ponctuels de sols qui ont ensuite été analysés en laboratoire ont été organisées sous l'autorité du ministère japonais de l'Éducation, de la culture, des sports, des siences et de la technologie (MEXT) dès le mois d'avril 2011, en étroite collaboration avec le Département de l'énergieénergie américain. On dispose ainsi de données couvrant les 5.000 km² de la préfecture de Fukushima qui ont été potentiellement affectés par des retombées radioactives importantes.

Activités en césium-134 et -137 dans les sols de la préfecture de Fukushima (en juin 2011). ©  Projet TOFU (recalculé et interpolé à partir de données du MEXT japonais)

On discerne sur cette carte la présence d'un panache de contamination particulièrement marqué (plus de 50.000 Bq/kgkg) au sein de la chaîne de montagnes qui s'étirent jusqu'à 40 km au nord-ouest de la centrale de Fukushima Daiichi, ainsi que la présence d'un panache secondaire (plus de 25.000 Bq/kg) dans la vallée de l'Abukuma, à l'amont de la ville de Fukushima. La présence de gradientsgradients de pente très élevés en montagne et le climatclimat très érosif qui règne au Japon sont susceptibles de générer l'exportation massive de sédiments contaminés vers les plaines cultivées et densément peuplées, et l'océan Pacifique.

Débits de dose radioactive (Air Dose Rate, en microsieverts par heure) mesurés sur le terrain à l’aide d’un radiamètre portable à proximité des rivières (cercle et triangles) en novembre 2011 et comparaison par rapport aux débits de dose radioactive mesurés par relevés aéroportés au niveau des sols par le MEXT. © Projet TOFU (recalculé et interpolé à partir de données du MEXT japonais)

Des données préliminaires concernant la radioactivitéradioactivité ambiante confirment cette hypothèse. En effet, lors d'une campagne de terrain menée en novembre 2011 (soit huit mois après l'accident et après la saisonsaison des typhonstyphons qui se concentre entre juin et octobre), nous avons constaté que le débitdébit de dose augmentait significativement lorsqu'on s'approchait de la rivière par rapport à celui que l'on mesurait au niveau des sols environnants. Ces mesures pourraient dès lors confirmer le fait que les rivières ont commencé à transporter les sédiments plus contaminés de l'amont vers les zones initialement moins contaminées de l'aval, dès les mois qui ont suivi l'accident.

[1] Masson, O., et al., 2011. Tracking of airborne radionuclides from the damaged Fukushima Dai-ichi nuclear reactors by European networks. Environmental Science & Technology 45, 7670-7677.