Eau tritiée

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Eau tritiée
Tritium-oxide-2D.png     Water molecule 3D.svg
Molécule d'oxyde de tritium
Identification
Nom IUPAC oxyde de tritium
No CAS 14940-65-9
PubChem 104752
SMILES
InChI
Apparence liquide
Propriétés chimiques
Formule brute ³H2O
T2O
Masse molaire[1] 22,0315 ± 0,0003 g/mol
³H 27,38 %, O 72,62 %,
Propriétés physiques
fusion 4,48 °C
ébullition 101,51 °C
Précautions
Matériau radioactif
Composé radioactif
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Sous forme chimiquement pure, l’eau tritiée (ou eau super-lourde) est une forme d'eau dans laquelle tout ou partie des atomes d'hydrogène a été remplacé par du tritium. L'eau tritiée ne doit pas être confondue avec l'eau lourde, qui est de l'oxyde de deutérium. Le tritium étant lui-même un radioisotope de période 12,32 années, l'eau tritiée pure est très fortement radioactive.

L'eau tritiée peut désigner des substances très différentes suivant la concentration en tritium, qui peut varier sur une échelle allant de 1 à 1015. Dans le contexte de l'environnement, ce que l'on désigne par « eau tritiée » est de l'eau contaminée au tritium, à des taux de dilution inférieurs à 10-12.

Oxyde de tritium[modifier | modifier le code]

Dans sa forme pure (T2O ou 3H2O), on l'appelle aussi eau super-lourde ou oxyde de tritium, ou plus rarement oxyde de ditritium.

Dans cette forme, tous les atomes d'hydrogène sont substitués par du tritium. De l'hydrogène subsiste éventuellement à l'état de traces, conduisant à un mélange de T2O et de HTO en proportions variables.

Sous forme pure, T2O est extrêmement radioactif, avec une activité massique de 97 TBq/g. C'est une substance fortement corrosive du fait de la radiolyse.

Hydroxyde de tritium[modifier | modifier le code]

Sous forme diluée, dès que la proportion de tritium devient minoritaire, l'eau tritiée est constituée majoritairement d'eau normale H2O, et de plus ou moins d'hydroxyde de tritium, de formule HTO (3HOH). L'hydroxyde de tritium ne peut pas exister à l'état pur, à cause des échanges atomiques au sein de la solution. Ceux-ci conduisent à des échanges entre H2O, HTO et T2O, et maintiennent des traces de T2O, d'autant plus minoritaires que la proportion de tritium est faible.

L'activité massique de l'eau tritiée HTO (supposée pure) est de 54.1 TBq/g (54 100 TBq/l)[2].

Eau tritiée concentrée[modifier | modifier le code]

De l'eau tritiée à 0.34% (185 TBq/l, soit 5000 Ci/l) est commercialisée en petite quantité et utilisée dans les sciences du vivant[3].

Les effluents qui résultent de ces expériences sont fortement polluants. À cette concentration, une goutte d'eau tritiée (de l'ordre de 1 mm3) a une activité de 185 MBq, ce qui suffit largement à rendre non potable une dizaine de mètres cubes d'eau.

Eau tritiée « de faible activité »[modifier | modifier le code]

L'eau tritiée entre dans la catégorie « de faible activité spécifique » LSA-II pour le transport des matières dangereuse[4] quand son activité est inférieure à 0.8 TBq/l (20.0 Ci/l). C'est l'ordre de grandeur des effluents tritiés[5].

L'eau tritiée « de faible activité » à 20 Ci/l contient 15 mg de HTO par litre d'eau (15 parties par million).

Cette « grande dilution » présente néanmoins une activité de 0,74 TBq·l-1 : c'est une puissance suffisante pour élever la température de l'eau d'un demi degré en moins d'une heure[6].

Le facteur de dose pour l'eau tritiée étant de 1,8×10-11 Sv/Bq, une eau chargée à 0,8×1012 Bq/l présente donc une radiotoxicité de 14,4 sievert par litre : à ce taux de dilution l'eau tritiée reste une substance dangereuse, dont il suffit de consommer accidentellement quelques centimètres cubes (un petit verre) pour s'exposer à une dose efficace de un sievert, ordre de grandeur qui met objectivement en danger la santé.

Solution d'eau tritiée[modifier | modifier le code]

L'eau tritiée utilisé pour étudier l'effet biologique d'une exposition au tritium peut avoir une activité de l'ordre du méga-Becquerel par litre (MBq/l). La dilution du tritium à ces concentrations est du même ordre que celle de l'uranium dans l'eau de mer: de l'ordre du milliardième.

On a pu observer une augmentation des aberrations chromosomiques après exposition in vitro de cellules embryonnaires en culture à un stade très précoce du développement (période pré-implantatoire) et après exposition à de fortes activités (> kBq/mL) et/ou à des précurseurs d’ADN marqués au tritium[7].

Une telle solution présente une radiotoxicité de 1,8×10-11 Sv/Bq x 1×106 Bq/l, soit 18×10-6 Sv/l : à ce taux de dilution l'eau tritiée n'est plus immédiatement dangereuse par rapport à une consommation accidentelle ponctuelle, dans la mesure où il faudrait en boire une cinquantaine de litres avant d'atteindre une dose efficace de un sievert et se mettre réellement en danger. En revanche, cette eau n'est évidemment pas potable : pour une consommation quotidienne, une double marge de sécurité est prise ; la dose efficace doit être mille fois moins forte (mili-sievert), et est calculée pour une consommation cumulée sur un an (de l'ordre du mètre cube).

Eau contaminée au tritium[modifier | modifier le code]

L'eau fortement contaminée au tritium peut avoir une activité supérieure au kilo-Becquerel par litre (kBq/l).

Une telle eau n'est pas très toxique, mais est « non 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 7,8 kBq/l (valeur guide de l’OMS pour ce radioélément)[8]. La réglementation française retient la limite de 10 kBq/l (soit 10 MBq/m3) comme seuil de potabilité.

En dessous de ces concentrations, qui atteignent l'ordre de grandeur des concentrations naturelles, il est plus correct de parler de « traces de tritium dans l'eau ».

Applications[modifier | modifier le code]

L'eau tritiée est parfois employée dans le domaine des sciences du vivant comme traceur pour des études sur le cycle biologique de l'eau. En outre, le tritium injecté par les essais nucléaires atmosphériques se retrouve en quantité infinitésimale sous forme d'eau tritiée dans l'hydrosphère et la biosphère, dont le pic permet de dater des choses variées ayant été exposées à l'atmosphère de la fin du XXe siècle, comme l'âge des crus viticoles ou celui des masses océaniques.

L'eau tritiée (à de très fortes dilutions) peut être employée pour mesurer le volume total d'eau dans un corps. En effet, l'eau tritiée se comporte comme de l'eau normale dans le domaine biologique, et se répartit relativement rapidement dans tous les compartiments du corps. Après atteinte de l'équilibre, la concentration d'eau tritiée dans les urines correspond à celle dans l'ensemble du corps. Connaissant la quantité initialement ingérée et cette concentration finale, il est facile de calculer le volume d'eau correspondant :

  • Quantité d'eau tritiée (mg) = Concentration de l'eau tritiée (mg/ml) × Volume de l'eau incluse dans le corps (ml)
  • Volume de l'eau incluse dans le corps (ml) = [Quantité d'eau ingérée (mg) - Quantité d'eau excrétée (mg)] / Concentration de l'eau tritiée (mg/ml)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. ICRP, 1983 - Browne et Firestone, 1986
  3. http://www4.gelifesciences.com/aptrix/upp01077.nsf/Content/Products?OpenDocument&parentid=370184&moduleid=43207&zone=Radiochemicals#content
  4. Recommandations ONU relatives au transport des marchandises dangereuses (disponible en ligne), p. 136.
  5. Voir [1], ou [2].
  6. Chaque désintégration libérant en moyenne 5,7 keV, un litre d'eau tritiée à cette concentration dégage donc 4,216×1015 eV·s-1, c'est-à-dire 0,674 mJ·s-1 (1 eV = 1,6×10-19 J) ou encore 0,159 mcal·s-1 (1 cal = 4,18 J). Il faut donc 6 275 s pour monter la température d'un degré, soit 104,6 min.
  7. D'après CEA-direction des sciences du vivant, effets tardifs du tritium.
  8. Fiche de synthèse sur le Tritium (A. Comte CEA / EDF Décembre 2005, PDF,(fr)). Voir aussi Toxiques nucléaires De R Paulin, Pierre Galle, Maurice Tubiana (disponible en ligne), p. 169.

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • CiffroyP., Siclet F., Damois C., LuckM., A dynamic model for assessing radiological consequences of tritium routinely released in rivers. Application to the Loire River ; Journal of Environmental Radioactivity, Volume 90, Issue 2, 2006, Pages 110-139
  • T. Stolz, D. Ducret, S. Heinze, G. Baldacchino, J.-C. Colson, B. Dedieu, Th. Pelletier, Self radiolysis of tritiated water  ; Fusion Engineering and Design, Volume 69, Issues 1-4, September 2003, Pages 57-60
  • études sur la production de tritium (avec ScienceDirect)