Controlled lysimetric simulation of accidents giving rise to radioactive pollution of the agricultural environment: Synthetic overview of research carried out at IPSN

¹ Institut de protection et de sûreté nucléaire, Département de protection de l'environnement, Service d'études et de recherches radioécologiques de laboratoire, Centre d'études de Cadarache, BP 1, 13108 Saint-Paul-lez-Durance, France.
² European Commission, Directorate General for Research DII, Safety and Management of the fissile fuel cycle, Radiological protection, 200 rue de la Loi, 1049 Brussels, Belgium.

Accepted: 30 May 2001

Abstract

The consequences of a severe nuclear accident on the agricultural environment, releasing ¹³⁷Cs and ⁹⁰Sr-enriched aerosols, have been studied within an original lysimetric facility driven in controlled conditions. Focal point of a research scope widely open to European collaborations, this facility has hosted several scientific programmes spread over about a decade (RESSAC and PEACE, notably), the principal achievements of which are provided in the form of a synthetic overview. After a brief reminder of the historical context strongly challenged by the Chernobyl accident within which this project has evolved, the originality of the instrumental set up used for simulating a nuclear accident at a small scale is presented. The addressed scientific aspects concern the clarification of radioecological mechanisms governing the behaviour of these two radionuclides in the soil-plant system. A particular focus is placed on foliar transfers and the resulting translocation, soil in-depth migration, chemical composition of the soil interstitial water, the influence of the later on root absorption which determines the soil-to-plant transfer, all aspects being stressed over a representative spectrum of plants, soil and climates. Based on a strategy of synergy between experiments and modelling developments, the achievements obtained are used to improve the predictive radioprotection tools.

Résumé

Simulation contrôlée sur lysimètres d'accidents donnant lieu à une pollution radioactive de l'environnement agricole : bilan synthétique des recherches menées à l'IPSN. Les conséquences sur l'environnement agricole d'un accident nucléaire grave, produisant un rejet d'aérosols chargés en ¹³⁷Cs et ⁹⁰Sr, ont été étudiées au moyen d'une installation lysimétrique originale conduite en conditions contrôlées. Point focal de recherches largement ouvertes à des collaborations européennes, cette installation a abrité le déroulement de plusieurs programmes scientifiques étalés sur près d'une décade (RESSAC et PEACE, notamment) dont un bilan synthétique des principaux enseignements est dressé. Après un bref rappel historique du contexte fortement marqué par l'accident de Tchernobyl dans lequel ce projet a grandi, l'originalité du dispositif instrumental mis en oeuvre pour simuler un accident nucléaire à une échelle réduite est présentée. Les aspects scientifiques abordés concernent la clarification des mécanismes radioécologiques qui sous-tendent le comportement de ces deux radionucléides dans le système sol-plante. Il s'agit en particulier des transferts foliaires et de la translocation résultante, de la migration dans les sols, de la composition chimique de l'eau interstitielle du sol, de son influence sur l'absorption racinaire qui détermine le transfert sol-plante, aspects tous abordés sur un spectre de plantes, de sols et de climats représentatifs. Utilisant une stratégie de synergie entre expérimentations et modélisation, les acquis sont intégrés dans une amélioration des outils prédictifs mis au point pour la radioprotection.