Plutonium distribution and remobilisation in the sediments off the Rhone River mouth
Distribution et remobilisation du plutonium dans les sédiments du prodelta du Rhône
Résumé
The aim of the present study was to describe the distribution and remobilisation of plutonium (Pu) in the sediments off the Rhone river mouth. Most of the 238Pu and 239,240Pu isotopes introduced into the Rhone River were discharged by the liquid effluents released from the Marcoule reprocessing plant, located 120 km upstream the river mouth. Due to its high affinity for particles and its long half life, 238Pu is a promising tracer to follow the dispersion of particulate matter from the Rhone River to the Mediterranean Sea. During the 3 REMORA cruises, sediment samples were specifically collected in the Rhone prodelta area and more offshore on the whole continental shelf of the Gulf of Lions. The measurements of alpha emitters gave a first detailed spatial distribution of Pu isotope concentrations in surface sediments off the Rhone mouth. Using 137Cs concentrations and their correlations with Pu isotopes, we were able to give a first estimate of Pu inventories for the sediments of the study area. In 2001, plutonium inventories were estimated to 92 ± 7 GBq of 238Pu and 522 ± 44 GBq of 239,240Pu for an area of 500 km2 in front of the Rhone River mouth. Roughly, 50 % of these inventories are trapped in an area of 100 km2 corresponding to the extent of the Rhone prodelta zone. In spring 2002, an ADCP, with current velocity and wave measurements, was moored off the Rhone River mouth. This unique in situ dataset highlights the major role of South-East swells in the erosion of prodeltaic sediments and their dispersion to the South-Westward direction. Plutonium remobilisation was examined using a new experimental design based on sediment resuspension processes studied within a linear recirculating flume. For Gulf of Lions sediments and for a given hydrodynamic stress, remobilisation fluxes raised a maximum of 0.08 Bq.m-2.h-1 for 238Pu and 0.64 Bq.m-2.h-1 for 239,240Pu. A first plutonium budget determined for the study area indicates that at least 85 % of the Pu discharged over the 40 past years by the Marcoule reprocessing plant, are currently trapped in the sediments off the Rhone River mouth. Plutonium remobilisation is potentially an important process but dispersion of contaminated sediments appeared to be limited in space. These results suggest a low exportation of particulate matter introduced by the Rhone River towards the continental shelf of the Gulf of Lions and the North-Western Mediterranean basin.
Ce travail pluridisciplinaire a pour objectif d'étudier la distribution et la remobilisation du plutonium (Pu) dans les sédiments situés face à l'embouchure du Rhône. Les isotopes 238Pu et 239,240Pu introduis dans le Rhône sont principalement issus des rejets d'effluents faiblement radioactifs effectués par l'usine de retraitement de Marcoule, située à 120 km de l'embouchure du Rhône. Etant données sa très forte affinité pour la phase particulaire et sa longue période radioactive, le 238Pu présente un intérêt particulier en tant que traceur anthropique du devenir des apports solides du Rhône en Méditerranée. Au cours de ce travail, les 3 campagnes REMORA ont permis d'échantillonner spécifiquement les sédiments du prodelta du Rhône et du plateau continental du golfe du Lion. Des mesures d'émetteurs alpha ont permis d'obtenir une première cartographie détaillée des concentrations des isotopes du Pu dans les sédiments situés face au Rhône. L'étude couplée du 137Cs et des isotopes du Pu a permis d'estimer pour la première fois les inventaires en plutonium de la zone étudiée. En 2001, les stocks sédimentaires de Pu sont estimés à 92 ± 7 GBq en 238Pu et 522 ± 44 GBq en 239,240Pu, pour une aire d'environ 500 km2. Le prodelta du Rhône joue un rôle essentiel dans la séquestration du plutonium puisqu'il piège à lui seul environ 50 % de ces stocks sur une aire de 100 km2. La remobilisation du plutonium a été appréhendée par des expériences originales de remise en suspension en canal à courant linéaire. Pour les sédiments du golfe du Lion et un stress hydrodynamique donné, les flux potentiels de remobilisation atteignent au maximum 0,08 Bq.m-2.h-1 en 238Pu et 0,64 Bq.m-2.h-1 en 239,240Pu. En parallèle, des mesures ADCP de courant et de houle ont été réalisées au printemps 2002 pour étudier in situ la dynamique sédimentaire du prodelta du Rhône. Ces mesures mettent en évidence le rôle prépondérant des houles de Sud-est dans l'érosion des sédiments prodeltaïques et dans leur exportation en direction du Sud-Ouest. Un premier bilan sur le devenir du plutonium indique qu'au minimum 85 % du plutonium rejetés par l'usine de Marcoule, au cours des quarante dernières années, sont actuellement piégés dans les sédiments situés face à l'embouchure du Rhône. Le remobilisation du plutonium est un phénomène potentiellement important mais la dispersion des sédiments contaminés serait relativement limitée dans l'espace. Ces résultats suggèrent alors une faible exportation du matériel particulaire originaire du Rhône vers l'ensemble du plateau continental du golfe du Lion et vers le bassin Nord méditerranéen.