Le tritium

• Caractéristiques principales

• Origine du tritium

• Le tritium et l'environnement

• Le tritium et l'homme

• Le tritium et la fusion

Caractéristiques Principales

	Hydrogène	Deutérium	tritium
Symbole	H	D	T
Découverte	alchimiste	RT Bridge (1931)	Rutherford (1934)
Abondance	H=90% des atomes et 75% de la masse	1 D pour 6000 H dans l'eau soit 30mg/l	1T pour 1017 H donc, il faut le fabriquer (n+Li-->He+T)
Propriétés	Atome le plus léger	Capture les neutrons 1000 fois moins que H	Radioactif : T-->3He+e- (5.7 kev) période=12.3 ans période biologique =10j
Usage	Combustibles	Réacteur à eau lourde (modérateur)	Bombe H Peintures:héliports Biologie:marqueurs Divers : datation des vins, suivi des rivières...

Le tritium est un hydrogène et à ce titre, il en a les propriétés physico-chimiques. Il a, comme l'hydrogène, une perméation importante à travers un grand nombre de matériaux puisque c'est un atome petit par rapport aux mailles cristallines typiques des aciers par exemple. Il a les propriétés chimiques de l'hydrogène et pour l'essentiel réagit comme lui. L'effet isotopique (masse 3 au lieu de 1) joue souvent assez peu.

Le tritium est radioactif. Il se décompose par émission béta (un électron) pour donner de l'hélium 3.L'énergie de l'électron émis est en moyenne de 5,7 keV. Il s'agit donc d'un rayonnement peu pénétrant puisqu'il est arrêté par 5 millimètres d'air ou par 5 µm d'eau. La période radioactive est de 12,35 ans. Il en disparaît donc de 5,6 % par an. Au bout de 125 ans, il en reste moins d'un millième (un millionième au bout de 250 ans).

Le tritium est un radioisotope qui a été utilisé de façon très importante, dès le début, dans la recherche en biologie moléculaire. Il a rendu possible, en tant qu'hydrogène, le marquage de très nombreuses molécules dont l'ADN.

Origine du tritium

• Origine naturelle : Essentiellement les deux réactions suivantes dans l'atmosphère
  ¹⁴N+n --> 3⁴He+T
  ¹⁴N+n --> 3 C + T
  Les neutrons étant eux-mêmes produits par impact des rayons cosmiques sur l'atmosphère. II y a aussi en quantité bien plus faible une origine tellurique. Des corps radioactifs comme l'Uranium et le Thorium produisent des neutrons qui bombardent les traces de ⁶Li présentes dans les roches naturelles. Globalement, tous ces phénomènes produisent 0,2 kg de tritium par an. L'inventaire naturel est de 3 à 4 kg dans toute l'atmosphère.
  

• Sources liées à l'activité humaine
  - Fabrication et (dans le passé) essais des armes nucléaires. La fabrication (réacteurs tritigènes) génère des rejets de l'ordre de 0,04 kg / an. Les essais atmosphériques, quant à eux, ont rejeté 650 kg de T (2 kg par mégatonne de TNT) essentiellement entre 1952 et 1963. Aujourd'hui, il reste moins de 100 kg de ce tritium.
  - Les réacteurs électrogènes : rejettent en tout 0,02 kg / an dans l'atmosphère.
  - On trouve des traces dans les déchets des établissements utilisant le tritium comme traceur biologique.

Le tritium et l'environnement

• Le tritium se dissémine très facilement dans l'environnement car il se substitue à l'atome d'hydrogène, lui-même omniprésent dans l'eau, la matière organique, etc.Le tritium ne s'accumule pas dans tel ou tel composant biologique. En particulier il n'y a pas de bioaccumulation dans les diverses chaînes alimentaires.

• Le devenir du tritium dépend de façon forte de la forme chimique qu'il prend. On distingue les quatre formes suivantes : 

  • La forme Hydrogène-tritium (HT)
    Cette première forme n'est pas assimilée par les plantes et peu assimilée par les animaux et l'homme. HT ne s'oxyde (donc ne devient HTO) que très lentement dans l'air (durée de vie supérieure à 10 ans). Par contre HT est oxydé très rapidement et presque complètement par les bactéries de l'interface sol-atmosphère. HT n'est oxydé que faiblement par les bactéries des voies respiratoires humaines.

  • L'eau tritiée (le tritium s'est substitué à un ou deux hydrogènes de l'eau) 
    L'eau tritiée s'assimile rapidement et complètement. Elle se dissémine dans l'ensemble du corps vivant (eau cellulaire ...). C'est elle qui dans tous les cas est responsable d'au moins 80 % des doses reçues en cas d'expositions diverses. Les voies de contaminations sont évidemment l'inhalation, l'ingestion et la diffusion à travers la peau.

  • Le tritium organique en position " échangeable "
    C'est le tritium présent dans les molécules organiques où il s'est substitué à l'hydrogène dans les radicaux typiques (-OH, -SH,  = NH, ...).Le tritium organique en position échangeable se met en fait en équilibre avec le tritium contenu dans l'eau cellulaire et subit les mêmes évolutions.

  • Le tritium organique en position " non échangeable ". C'est le tritium directement lié au carbone: T C. Le tritium organique en position non échangeable par définition reste plus durablement présent que HTO. C'est lui qui " marque " l'environnement de façon durable. En situation typique de contamination 97 % du tritium s'élimine en quelques jours et uniquement 2 à 3 % s'éliminent avec des demi-vies biologiques pouvant atteindre quelques centaines de jours. Le rôle joué par cette fraction reste faible (du point de vue de la radioprotection).

• L'ensemble des phénomènes qui viennent d'être évoqués (dispersion physique dans l'air ou l'eau, transformation biochimique -oxydation etc - , élimination progressive) à fait l'objet de modélisations très soignées et bien validées expérimentalement.

Le tritium et l'homme

• Les risques : 
  En tant qu'hydrogène le tritium ne présente pas de toxicité chimique (au contraire de  l'uranium par exemple). On est donc en présence d'une radiotoxicité due à son émission bêta.. La faible énergie du rayon bêta entraîne qu'il n'y a pas de contamination externe. La contamination si elle existe est toujours interne et les voies d'absorption sont l'inhalation, l'ingestion, la diffusion cutanée. Les risques liés au tritium gazeux sont plus de 10 000 fois plus faibles que ceux liés au tritium sous la forme d'eau tritiée. En cas d'émission d'un mélange HT et HTO (c'est pratiquement toujours le cas) la contamination sera directe par HTO. En revanche, pour HT, le mécanisme sera d'abord une oxydation par les bactéries de l'interface sol-atmosphère puis une réémission d'eau tritiée dans l'atmosphère.
  Quantitativement on peut dire: (H. METIVIER Le tritium IPSN). " La dose efficace par unité d'incorporation, pour le tritium, est néanmoins l'une des plus faibles de tous les radionucléides ". Rappelons que " plus faible " veut dire ici dans un rapport de plusieurs ordres de grandeur. Le rapport de la limite dérivée de concentration dans l'air (LDCA) est de 10 millions entre tritium et plutonium.

• Les remèdes
  Le tritium apparait dans le corps humain essentiellement sous forme d'eau tritiée. Il disparaît naturellement avec une période de l'ordre de 10 jours. Les très faibles quantités de tritium organiquement lié disparaissent elle avec des périodes plus longues et la CIPR (Commission Internationale de Protection Radiologique) recommande de considérer une période de 40 jours. On peut accélérer le remplacement de l'eau afin d'éliminer plus rapidement le tritium. Ceci se fait par les trois moyens suivants :
       - Incorporation massive d'eau
       - Administration de diurétiques
       - Éventuellement dialyse péritonéale qui réduit le temps de séjour de T d'un facteur 2 où 3.

• La prévention
  Les protections suivent évidemment les règles classiques de sûreté relatives aux installations manipulant des produits radioactifs. En plus de ces règles viennent des considérations particulières au tritium. Les systèmes sont des systèmes multi-barrières avec un choix convenable de matériaux limitant au minimum les effets de perméation. Le tritium étant un gaz léger la ventilation des locaux (toujours en dépression) se fait de bas en haut entrant contrairement aux laboratoires où sont manipulés des transuraniens. Deux autres précautions sont prises du fait des propriétés du tritium. On cherche à limiter au minimum le contact avec l'oxygène par divers moyens d'inertage et on s'applique à piéger l'eau tritiée par une circulation permanente sur des tamis moléculaires.

Le tritium et la Fusion

La Fusion a consenti un effort tout à fait considérable sur tous les aspects de l'utilisation du tritium depuis sa production jusqu'au devenir des déchets. Depuis près de 20 ans et dans un cadre international très ouvert, on a examiné les conditions d'une production du tritium par des voies différentes de celles aujourd'hui utilisées pour la fabrication des armes. Les bases d'une génération sûre et adaptée à l'environnement Fusion sont aujourd'hui connues (en savoir plus : les couvertures tritigènes).

Plusieurs installations ont été construites de par le monde pour étudier tous les aspects du "procédé tritium", c'est à dire les aspects indépendants du plasma de fusion. On retiendra en particulier le tritium Systems Test Assembly (TSTA) du Los Alamos National Laboratory (LANL, ou Division Fusion du LANL, ), aux Etats-Unis, calibré aux conditions du réacteur (masse, débit etc... ), TLK en Europe (Karlsruhe) et TPL au Japon qui dispose de plus d'un appui par de petits laboratoires universitaires.

Deux grands Tokamaks ont fonctionné durablement avec du tritium, il s'agit du JET en Europe (premier decharge DT) et de TFTR aux Etats-Unis. Enfin un projet complet d'installation performante a été développé dans le cadre ITER.

Tous ces travaux ont été évidemment accompagnés d'études de sûreté. On retiendra en particulier l'effort considérable qui a été consenti pour la compréhension des mécanismes d'impact du tritium et pour leur modélisation. Des expérimentations importantes - expérience tritium de 1988 en France en particulier - sont venues soutenir et valider les modèles.