Sous forme chimiquement pure, l’eau tritiée (ou eau super-lourde) est une forme d'eau dans laquelle tout ou partie des atomes de protium 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 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 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)ICRP, 1983 - Browne et Firestone, 1986.
Eau tritiée concentrée 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..
Les effluents qui résultent de ces expériences sont fortement polluants. À cette concentration, une goutte d'eau tritiée (de l'ordre de ) a une activité de , ce qui suffit largement à rendre non potable une dizaine de mètres cubes d'eau.
Eau tritiée « de faible activité » L'eau tritiée entre dans la catégorie « de faible activité spécifique » LSA-II pour le transport des matières dangereusesRecommandations ONU relatives au transport des marchandises dangereuses (disponible en ligne), . quand son activité est inférieure à 0,8 TBq/l (20,0 Ci/l). C'est l'ordre de grandeur des effluents tritiésVoir , ou ..
L'eau tritiée « de faible activité » à 20 Ci/l contient de HTO par litre d'eau (15 parties par million).
Cette « grande dilution » présente néanmoins une activité de : c'est une puissance suffisante pour élever la température de l'eau d'un demi degré en moins d'une heureChaque désintégration libérant en moyenne , un litre d'eau tritiée à cette concentration dégage donc , c'est-à-dire ( = ) ou encore ( = ). Il faut donc pour monter la température d'un degré, soit .
Le facteur de dose pour l'eau tritiée étant de , une eau chargée à présente donc une radiotoxicité de sieverts 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 1 sievert, ordre de grandeur qui met objectivement en danger la santé.
Solution d'eau tritiée L'eau tritiée utilisée pour étudier l'effet biologique d'une exposition au tritium peut avoir une activité de l'ordre du mégabecquerel 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 préimplantatoire) et après exposition à de fortes activités (> kBq/mL) et/ou à des précurseurs d’ADN marqués au tritiumD'après CEA-direction des sciences du vivant, effets tardifs du tritium..
Une telle solution présente une radiotoxicité de x , soit : 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 (millisievert), et est calculée pour une consommation cumulée sur un an (de l'ordre du mètre cube).
Radiotoxicité de l'eau contaminée au tritium
vignette|redresse=1.8|Bilan (2024) des évaluations scientifiques de la cinétique et des effets écotoxicologiques du comportement du tritium (3H) de l'eau tritiée dans les écosystèmes aquatiques, principalement chez des poissons, moules et huîtres, pour divers taux de radioactivité(A) Groupes animaux couverts par des études (poissons et quelques autres organismes, et bivalves filtreurs (B) Effets biologiques rapportés selon la revue d'études publiée par Ferreira en 2023Abréviations : HTO, tritiated water (eau tritiée); OBT = organically-bound tritium (tritium organiquement lié)
Le tritium est un important déchet radioactif qui présente des enjeux en termes de radioprotection, car il a une longue demi-vie biologique une fois qu'il s'est lié à des molécules organiques (OBT). Sous cette forme, il s'intègre dans une partie du cycle de l'eau et est concerné par une bioamplification via le réseau trophique : Enfin, l'exposition chronique à l'eau tritiée (HTO) à faible dose .
On a longtemps fait le pari que l'eau tritiée poserait peu de problèmes grâce à une rapide dilution dans l'eau des fleuves et des mers, mais, d'une part, une eau très contaminée par du tritium peut avoir une activité élevée, supérieure au kilobecquerel par litre (kBq/l), et, d'autre part, comme le montre le schéma ci-joint, un nombre croissant d'études a montré que dans les écosystèmes aquatiques, des animaux filtreurs comme les huîtres et moules (aussi consommés par l'Homme) peuvent bioconcentrer le tritium, qui peut ensuite être biomagnifié via la chaîne alimentaire (réseau trophique).
Selon la revue d'étude de 2024, bien que l'eau tritiée soit le déchet radioactif le plus abondamment rejeté dans l'eau, .
L'attention portée à l'eau tritiée a été relancée par la catastrophe nucléaire de Fukushima Daiichi de 2011, et, plus exactement, par le projet (mis à exécution à partir du par le gouvernement japonais) de progressivement rejeter plus d’un million de tonnes d’eau radioactive dans l’océan, après approbation par l’AIEA, pour éviter un rejet brutal et massif d'eau radioactive en cas de nouvel évènement de type Genpatsu-shinsai induit par un tremblement de terre associé à un tsunami. Cette solution d'élimination des stocks d'eau contaminée par le tritium divise la communauté scientifique et l'opinion publique. Elle a été autorisée .
Les évaluations scientifiques de la cinétique et des effets écotoxicologiques du comportement du tritium (3H) de l'eau tritiée dans les écosystèmes aquatiques ont principalement porté sur deux groupes animaux : des poissons (Danio rerio, Salmo gairdneri, Oryzias latipes, fréquemment utilisés comme modèle animal den écotoxicologie) et deux organismes filtreurs communs et consommés par l'Homme : les moules et les huîtres.
Le cas de Fukushima Daiichi ne peut être comparé à celui de la catastrophe de Tchernobyl, car peu d'eau tritiée a été relâchée dans l'environnement à Tchernobyl, et . La catastrophe de Fukushima et ses suites représentent et il est démontré que les radionucléides issus de Fukushima sont transportés sur de longues distances par les poissons marins (par exemple, retrouvés dans des thons pêchés en Californie), ce qui fait de cet accident un sujet de .
Dans l'estuaire de la Severn, contaminé par de faibles doses d'eau tritiée au Royaume-Uni, .
Des effets sublétaux du tritium ont été démontrés en 2017 chez les poissons sauvages (Pimephales promelas) vivant dans les rivières coulant près d'un site nucléaire canadien : ils comprennent des dommages à l’ADN sanguin et dans celui des gamètes ; dommages pouvant affecter la capacité physiologique et reproductive et in fine la diversité génétique d’une population.
Ainsi, une étude récente (2019) a exposé des cellules de fibroblastes à différentes doses d'eau tritiée pour étudier leur comportement face à de faibles doses de radiation. Un effet protecteur est induit à une dose intermédiaire de 100 mGy par un (effet « bystander » et adaptatifs). On observe que les rayons β et γ de l'eau tritiée conduisent à une déphosphorylation plus longue de la protéine H2AX, avec apparition de . Il semble que ces cellules, quand elles sont exposées à de faibles doses de rayonnement issu de l'eau tritiée, tendent à éliminer la population ayant subi des dommages pour éviter que les dommages à l'ADN n'augmentent le potentiel de mutationQuan, Y., Zhou, C., Deng, B., & Lin, J. (2019) The low dose effects of human mammary epithelial cells induced by internal exposure to low radioactive tritiated water. Toxicology in Vitro, 61, 104608 (résumé)..
En 2024, , et en outre la distribution de l’OBT au sein d'un même organisme varie considérablement selon l'espèce, selon le tissu analysé, et selon les spécificités chimiques ou biochimiques du composé tritié, et aussi selon les activités métaboliques des différents tissus.
Radiotoxicité de l'eau tritiée Il été suggéré que les doses reçues par le biote résultant de l’exposition à des HTO contrôlés, mais rejetés de façon continue ou intermittente, seront bien inférieures au seuil de rayonnement acceptable pour la consommation humaine, mais .
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On sait que l’exposition chronique à l'eau tritiée peut induire des dommages à l’ADN à différents stades de vie des espèces marines. Par exemple, une augmentation des lésions chromosomiques a été observée chez la moule commune après une exposition de 7 jours à l’OBT, à un débit de dose de 4,9 μGy h–1 ; et cet effet apparaît à une dose inférieure à la limite de débit de dose générique de 10 μGy h–1, considéré comme « sans effet » pour toutes les espèces. Et, en 2016, dans le Journal of Environmental Radioactivity des chercheurs s'inquiètent du fait qu'alors que l'hypoxie et les zones marines mortes sont en augmentation, à lui seul, le réchauffement des écoéans (qui a récemment battu des records) diminue la capacité des moules (et probablemnet d'autres espèces) à résister aux effets délétères de l'eau tritiée.
Concernant la santé humaine, en 2024, on manque encore de données sur l'exposition interne, qu'elle soit due à l'inhalation, à l'ingestion de boissons et de nourriture (poissons et fruits de mer notamment) ou à une absorption percutanée.
Pour les rejets de l'eau tritiée, en cours à Fukushima depuis le , les 1,3 million de mètres cubes d'eau contenus dans les quelque mille conteneurs sont dilués avec de l'eau de mer pour obtenir une teneur de , soit l'équivalent d'une dose (une radiotoxicité) de 0,027 μSv/L, correspondant à un total d'environ 2 TBq, ou l'équivalent d'une dose totale de 36 Sv, sachant que le facteur de dose du tritium est de 1,8 10−11 Sv/Bq (voir ci-dessus). Rappelons que la recommandation de l'OMS pour l'eau potable (voir ci-dessous) est une teneur d'un maximum de , soit l'équivalent d'une dose de 0,18 μSv/L. L'eau rejetée a donc une radiotoxicité 6,7 fois moindre que la valeur limite de l'OMS.
Seuil de potabilité