Origine du du carbone rejeté dans l atmosphère

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1 Origine du du carbone rejeté dans l atmosphère Les centrales nucléaires électrogènes Les usines de de retraitement des des déchets nucléaires Les centres de de stockage des des déchets nucléaires Marquage des des molécules pour pour la la recherche, l industrie et et la la médecine Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.1 Journée SFRP Carbone

2 Nature chimique du du carbone dans les les rejets atmosphériques Minérale: dioxyde de de carbone (CO (CO 2 ) 2 ) et et ses ses formes aqueuses (H (H 2 CO 2 CO 3, 3, HCO 3-, 3-, CO 2- CO 3 2- ) 3 ) monoxyde de de carbone (CO) (CO) Organique: sous sous forme d hydrocarbures légers tel tel le le méthane (CH (CH 4 ) 4 ) Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.2 Journée SFRP Carbone

3 Devenir du du carbone des rejets atmosphériques Le Le monoxyde de de carbone est est progressivement oxydé en en dioxyde de de carbone par par la la biomasse microbienne du du sol. sol. Les hydrocarbures légers (essentiellement le le méthane) vont vont être être oxydés en en dioxyde de de carbone par: par: réaction photochimique lente lente avec avec les les radicaux libres hydroxyles dans dans l atmosphère (temps de de résidence du du CH CH 4 = ans) ans) dégradation microbienne dans dans le le sol sol (incorporation dans dans le le pool pool des des molécules organiques simples) Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.3 Journée SFRP Carbone

4 Scénario de de rejet rejet de de carbone dans dans l atmosphère Deux scénarii de de rejet rejet atmosphérique vont vont être être étudiés: C Émission continue de de carbone t C Émission accidentelle de de carbone t Dans Dans chaque scénario, on on se se placera dans dans le le cas cas le le plus plus défavorable. Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.4 Journée SFRP Carbone

5 La La modélisation va va concerner la la chaîne alimentaire de de l homme, de de la la plante à l homme via via les les animaux. On On étudiera successivement: La La plante et et les les produits végétaux, Le Le sol, sol, Les animaux et et les les produits animaux, L homme. Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.5 Journée SFRP Carbone

6 PLANTE Photosynthèse Anabolisme Atmosphère [ CO 2 ] Respiration Glucides de la Plante [ C] Catabolisme Biomasse de la plante [ C] Circuit simplifié du carbone dans la plante Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.6 Journée SFRP Carbone

7 Émission continue de carbone PLANTE C C / 12 C t t Quantité de carbone émise au point de rejet Rapport isotopique de l air a une distance X du rejet Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.7 Journée SFRP Carbone

8 Émission continue de carbone PLANTE [ C] v [ C = [ C12 CO2 CO2 ] ] air air f c [ C ]v fc [ C 12CO2] air [ C CO2] air Activité massique du végétal frais (Bq.kg -1 ) Proportion de carbone du végétal frais (paramètre sans unité, kg carbone. kg -1 végétal frais) Masse de carbone sous forme de CO 2 par unité de volume d'air (kg.m -3 ) Activité volumique du carbone de l'air sous forme de CO 2 (Bq.m -3 ) Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.8 Journée SFRP Carbone

9 Émission continue de carbone PLANTE [ 2 = C CO ] air [ C] air. F m [ C CO2] air Fm [ C ] air Activité volumique du carbone de l'air sous forme de CO 2 (Bq.m -3 ) Proportion de carbone de l air sous forme minérale ( paramètre sans unité) Activité volumique du carbone de l'air (Bq.m -3 ) Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.9 Journée SFRP Carbone

10 Émission continue de carbone PLANTE [ C] v [ C] = [ C12 CO2 air ] air f c F m [ C ]v fc [ C 12CO2] air Fm [ C ] air Activité massique du végétal frais (Bq.kg -1 ) Proportion de carbone du végétal frais (paramètre sans unité) Masse de carbone sous forme de CO 2 par unité de volume d'air (kg.m -3 ) Proportion de carbone de l air sous forme minérale (paramètre sans unité) Activité volumique du carbone de l'air (Bq.m -3 ) Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.10 Journée SFRP Carbone

11 Émission continue de carbone v= c m air [ C] 5100 f F [ C] M M Tot. PLANTE [ C ]v fc Fm [ C ] air M MTot. Activité massique du végétal frais (Bq.kg -1 ) Proportion de carbone du végétal frais (paramètre sans unité) Proportion de carbone de l air sous forme minérale ( paramètre sans unité) Activité volumique du carbone de l'air (Bq.m -3 ) Quantité de biomasse produite depuis le début du rejet (kg) Quantité totale de biomasse produite pendant la croissance (kg) Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.11 Journée SFRP Carbone

12 Émission accidentelle de carbone PLANTE Courbe de croissance de la plante C M t o t C/ 12 C t o t Quantité de carbone émise au point de rejet Rapport isotopique de l air a une distance X du rejet Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.12 Journée SFRP Carbone t o t

13 Émission accidentelle de carbone [ C ]v fc Fm [ C ] i air M i [ C ] v N fc F m [ C = i = N M i i = 1 M Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.13 Journée SFRP Carbone ] i air Activité massique du végétal frais (Bq.kg -1 ) Proportion de carbone du végétal frais (paramètre sans unité) Proportion de carbone de l air sous forme minérale ( paramètre sans unité) Activité volumique du carbone de l'air (Bq.m -3 ) pendant la période de temps T i = t i t i-1 Accroissement de biomasse végétale pendant la période de temps T i = t i t i-1 i PLANTE

14 SOL Nécromasse végétale Nécromasse microbienne Plantes [ C] Macromolécules Molécules organiques complexes Molécules organiques simples Microbes du sol [ C] Biomasse Végétale Biomasse microbienne C minéral Cycle simplifié du carbone organique dans le sol Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p. Journée SFRP Carbone

15 SOL AIR SOL CO 2 dans l air C minéral C d origine organique K D C Bloqué dans le sol C fixé sur la phase solide non organique du sol Cycle simplifié du carbone minéral dans le sol Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.16 Journée SFRP Carbone

16 Introduction d un facteur correcteur du sol SOL [ C ] i sol, air = [ C] i air f sol avec fsol = min(0,8+ 0,2 T t ;1) ou ou t t désigne le le temps écoulé depuis la la contamination et et T le le temps de de résidence moyen du du carbone dans le le sol. Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.17 Journée SFRP Carbone

17 ANIMAUX ET PRODUITS ANIMAUX Aliment végétal 1 Aliment végétal 2 Biomasse ou produit animal Aliment végétal 3 Animal Aliment végétal i CO 2 de l air Aliment végétal N Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.18 Journée SFRP Carbone

18 [ N [ C] i i, a i 1 [ C] a= = N f ANIMAUX ET PRODUITS ANIMAUX c, i i= 1 Activité par unité de volume ou de masse du produit animal a (Bq.l -1 ou C ]a Bq.kg -1 ) f c,a Proportion de carbone du produit animal a (kg C.kg -1 ou kg C.l -1 ) R R i, a f c, a f c,i Fraction de carbone de l'aliment végétal i (kgc.kg -1 ) R i,a [ C ] i Ingestion journalière de l'aliment végétal i par l'animal produisant le produit a (kg.j -1 ) Activité par unité de masse de l'aliment végétal i (Bq.kg -1 ) Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.19 Journée SFRP Carbone

19 Émission continue de carbone [ [ N 5100 f = F ANIMAUX ET PRODUITS ANIMAUX [ C] c, i m air sol i, a Tot C i 1. [ ] a= N i= 1 f c, i Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.20 Journée SFRP Carbone R i, a f M M C ]a Activité par unité de volume ou de masse du produit animal a (Bq.l -1 ou Bq.kg f -1 ) c,a Proportion de carbone du produit animal a (kg C.kg -1 ou kg C.l -1 ) f c,i Fraction de carbone de l'aliment végétal i (kgc.kg -1 ) R i,a Ingestion journalière de l'aliment végétal i par l'animal produisant le produit a (kg.j -1 ) F m Proportion de carbone de l air sous forme minérale ( paramètre sans unité) C ]air Activité volumique du carbone de l'air (Bq.m -3 ) sol Facteur correcteur de l activité volumique de l air lié au sol f M MTot. R Quantité de biomasse produite depuis le début du rejet (kg) Quantité totale de biomasse produite pendant la croissance (kg) f c, a

20 Émission accidentelle de carbone [ C] a= i= 1 N 2 N 5100 f 1 j= 1 c, i F m N M j= 1 ANIMAUX ET PRODUITS ANIMAUX [ C] 2 Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.21 Journée SFRP Carbone j j air N1 f c, i R i, a i = 1 f sol M [ C ]a Activité par unité de volume ou de masse du produit animal a (Bq.l -1 ou Bq.kg -1 ) f c,a Proportion de carbone du produit animal a (kg C.kg -1 ou kg C.l -1 ) f c,i Fraction de carbone de l'aliment végétal i (kgc.kg -1 ) R Ingestion journalière de l'aliment végétal i par l'animal produisant le produit a (kg.j -1 ) i,a F Proportion de carbone de l air sous forme minérale ( paramètre sans unité) m j C ] Activité volumique du carbone de l'air (Bq.m -3 ) pendant la période de temps air T j = t j t j- 1 fsol Facteur correcteur de l activité volumique de l air lié au sol Accroissement de biomasse végétale pendant la période de temps T j = t j t j-1 [ Mj j R i, a f c, a

21 HOMME On On va va définir définir pour pour l homme considéré comme comme point point final final de de la la chaîne chaîne de de contamination un un régime régime alimentaire type, type, à à partir partir duquel duquel pourra pourra s établir s établir la la quantité quantité totale totale de de carbone carbone reçue reçue par par alimentation pendant pendant la la période période considérée (définie (définie dans dans le le scénario pré-établi). Il Il suffit suffit alors alors pour pour chaque chaque aliment aliment de de multiplier sa sa concentration massique en en carbone carbone par par la la quantité quantité ingérée ingérée par par unité unité de de temps temps et et de de multiplier le le tout tout par par le le facteur facteur de de dose dose efficace efficace du du carbone carbone qui qui est est actuellement estimé estimé à à :: Facteur de de dose dose efficace (( C) C) = 5,8 5, Sv.Bq -1-1 Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.22 Journée SFRP Carbone

22 Produit alimentaire Fruits et légumes Céréales Pommes de terre Riz Sucre Huile végétale Lait et dérivés Beurre Fromage Œufs Viande Poissons et produits de la pêche TOTAL Quantité de carbone dans l aliment frais (kg C.kg -1 ) Comsommation annuelle (kg.an -1 ) HOMME Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.23 Journée SFRP Carbone Quantité de carbone ingérée (kg.an -1 ) 116 Contribution (%) à la quantité totale ingérée 100

23 CONCLUSION Il Il ressort de de cette cette étude que que s il s il est est relativement facile de de modéliser les les effets sur sur l homme d une émission continue de de carbone dans dans l atmosphère en en faisant quelques simplifications justifiées par par un un état état d équilibre stationnaire dans dans les les transferts de de carbone,, en en revanche, dans dans le le cas cas d une émission accidentelle de de carbone dans dans l atmosphère, ceci ceci s avère impossible et et on on doit doit alors alors intégrer l aspect dynamique de de la la répartition de de carbone dans dans l atmosphère et et du du non-équilibre dans dans les les transferts. La La solution proposée dans dans cette cette étude est est de de s appuyer sur sur des des modèles de de croissance végétale susceptibles de de nous nous permettre une une plus plus exacte appréhension de de l incorporation du du carbone dans dans la la biomasse de de ce ce végétal. Là Là aussi, nous nous procédons à une une relative simplification en en considérant que que la la partie consommée (par (par l animal ou ou l homme) de de ce ce végétal suit suit la la même loi. loi. Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.24 Journée SFRP Carbone

24 CONCLUSION (bis) Une Une autre autre simplification résulte du du fait fait de de considérer comme une une constante la la concentration en en carbone de de l air. l air. Or Or,, Koarashi (Koarashi et et al., al., 2002) vient vient de de mesurer une une telle telle concentration proche de de l interface sol-atmosphère et et démontre qu il qu il existe bien bien une une variation. Alors que que la la valeur considérée est est d environ mbq.gc -1-1,, il il démontre qu elle est est de de mbq.gc -1-1 à 2 m du du sol, sol, de de mbq.gc -1-1 à cm cm du du sol, sol, de de mbq.gc -1-1 au au niveau de de l herbe et et de de mbq.gc -1-1 dans dans l air l air du du sol. sol. Enfin, une une dernière simplification est est de de ne ne pas pas considérer dans dans ces ces modélisations (émission continue et et accidentelle) l aspect spatial. La La simplification revient à considérer que que la la ration alimentaire provient entièrement de de la la zone zone contaminée (de (de façon continue ou ou par par accident). Christian TAMPONNET DPRE/SERLAB p.25 Journée SFRP Carbone