Projet Fortress

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Dernière mise à jour en mars 2015

Le projet Fortress (Foliar transfers of radionuclides in agricultural ecosystems) est un projet de l'IRSN mené en partenariat avec l'Andra et qui s'est déroulé de 2007 à 2011. Il visait à quantifier, dans des conditions réalistes de culture de plein champ, les facteurs de translocation aux parties consommables de quatre espèces végétales cultivées (blé, radis, pomme de terre, haricots verts) de trois éléments  (chlore, sélénium et iode) déposés sur les feuilles par aspersion.

Contexte et objectifs

Au-delà de l'analyse critique des démonstrations de sûreté des installations nucléaires et des sites de stockage, l'IRSN travaille à l'acquisition des connaissances permettant de connaître voire de limiter les conséquences de leurs éventuelles défaillances, même de très faible probabilité.  Dans un scénario où l'eau utilisée pour l'irrigation contiendrait des radionucléides issus d'un site de stockage de déchets radioactifs, quelle serait la contamination des plantes agricoles ? L'une des voies de contamination principale des végétaux serait le transfert foliaire, notamment via l'eau d'irrigation par aspersion. Les contaminants migrent de la surface des feuilles vers l'ensemble des organes de la plante dont les parties consommables (racine, graines, tubercule, fruit). En consommant ces plantes, l'Homme est exposé à une dose de rayonnements ionisants qu'il faut pouvoir évaluer dans un contexte de surveillance ou de gestion d'incident.

Lors de la contamination, la quantité de radionucléides retenue par le feuillage de la plante dépend de plusieurs facteurs : le stade de développement de la plante (surface foliaire développée) et la quantité d'eau adsorbée sur les feuilles (effet espèce végétale) d'une part, et la concentration et la forme chimique des radionucléides dans l'eau d'irrigation d'autre part (effet vecteur de contamination). L'ensemble de ces facteurs détermine l'interception du contaminant. Une partie de la contamination est alors internalisée par absorption foliaire et on appelle translocation le transfert du contaminant depuis les feuilles vers un organe cible n'ayant pas intercepté la contamination initiale.

Le facteur de translocation (f_tr) correspond au ratio de la contamination transférée mesurée à la récolte dans l'organe cible sur la contamination interceptée  par le feuillage mesurée lors de la contamination. En conditions naturelles, la plante est soumise au lessivage pluvial (précipitations au cours du cycle de culture), et l'activité lessivée au sol participe alors au transfert racinaire. Par définition, le f_tr mesure l'intensité (ou efficacité) du transfert in planta depuis la feuille à l'organe stricto sensu. Il est propre à chaque couple organe-radionucléide et peut être exprimé en pourcentage.

Les principaux radionucléides à étudier dans le cadre décrit plus haut sont le chlore 36, le sélénium 79 et l'iode 129, isotopes radioactifs à vie longue d'éléments chimiques dont la mobilité dans l'environnement incluant l'incorporation à la chaîne alimentaire humaine, est a priori supérieure à celle du césium ou du strontium. Un travail de synthèse bibliographique avait montré que si les données expérimentales abondent pour le transfert de ces derniers par les feuilles, elles étaient inexistantes pour le chlore 36, le sélénium 79 et l'iode 129, que ce soit dans des situations de contamination ponctuelle ou bien chronique tout au long du cycle de développement d'une culture.

Le projet Fortress avait donc pour objectif d'obtenir de façon expérimentale in situ, avec une précision importante (10 %), les facteurs de translocation du chlore 36, de l'iode 129 et du sélénium 79 pour les principales catégories de plantes consommées, suite à une contamination strictement foliaire via une irrigation par aspersion.

Déroulement du projet et résultats

L'étude a été conduite dans le « jardin potager » situé dans la zone d'exclusion à proximité du réacteur accidenté de Tchernobyl, sur un sol non contaminé prélevé en dehors de la zone d'exclusion. Ce jardin potager est entretenu par l'Institut ukrainien de radioagronomie (UIAR), qui a apporté son soutien logistique à l'IRSN durant tout le projet. Afin de limiter l'impact radiologique, pour les éléments Iode et Sélénium, et considérant un comportement chimique analogue des isotopes d'un même élément, des isotopes à vie courte ont été choisis (¹²⁵I, ⁷⁵Se). Pour le chlore, il a été démontré que les quantités de ³⁶Cl utilisées ne provoquaient aucun impact radiologique significatif.

Vue du système de protection : en haut des précipitations, en bas des contaminations par le sol  © IRSN

Afin d'obtenir des valeurs de translocation reflétant strictement une contamination foliaire, le sol a été protégé de toute contamination et les plantes protégées des précipitations dans le but d'éviter les interférences avec les transferts racinaires et le lessivage pluvial et de maximiser la translocation.

Quatre espèces végétales représentatives de groupes de consommation définies par l'AIEA (IAEA, 2009), soit les céréales (blé), les légumes fruits (haricot), les légumes racines  (radis) et les tubercules (pomme de terre) ont été sélectionnées ; leur feuillage a été aspergé globalement de façon à simuler un scénario d'irrigation par aspersion, sur deux cycles de culture complets (de mai à août, en 2009 et 2010), à plusieurs stades de développement-clés : phase de développement précoce et avancé des feuilles et des tiges, floraison, développement des épis, des fruits ou des tubercules, maturation. La contamination a été réalisée selon deux modalités, ponctuelle (à un seul stade de développement) ou chronique (à tous les stades de développement successivement).

Contamination du blé par aspersion © IRSN

Les résultats obtenus ont montré que la variabilité des paramètres climatiques au cours d'une année présente une influence forte sur l'intensité des transferts mesurés. Les facteurs de translocation des trois radionucléides observés ont été établis pour chaque espèce de plante. L'iode possède une faible translocation (0,1 % à 2,6 % selon les conditions) et se fixe principalement dans les feuilles. Le chlore 36 montré une capacité de translocation forte (0,5 % à 31,5 %), et se diffuse dans toute la plante, surtout chez la pomme de terre. Enfin, le sélénium présente une translocation très forte (1,6 % à 32,6 %), surtout à deux stades-clés de développement plus sensibles, la floraison et le stade de développement précoce (dit « jeunes feuilles »). Ces deux derniers éléments apparaissent ainsi a minima aussi sinon plus mobiles que le césium pourtant réputé très mobile in planta (analogue chimique du potassium).

Par ailleurs, la comparaison entre modalités de contamination ponctuelle et chronique  a montré qu'en l'absence de données sur cette dernière, le facteur de translocation calculé en contamination ponctuelle le plus élevé constitue la meilleure estimation de la mobilité d'un radionucléide.

Le projet Fortress a permis de constituer une base de données expérimentales inédite sur la translocation du ³⁶Cl, du ⁷⁹Se et de l'¹²⁹I. Les facteurs de translocation ainsi obtenus sont des valeurs maximales, qui permettront notamment de mieux caractériser l'intensité des transferts  à l'homme via l'ingestion de denrées agricoles contaminées pour ces radionucléides.