Eau tritiée

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.

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].

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.

L'eau tritiée entre dans la catégorie « de faible activité spécifique » LSA-II pour le transport des matières dangereuses[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.

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 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 (millisievert), et est calculée pour une consommation cumulée sur un an (de l'ordre du mètre cube).

Le tritium est un important déchet radioactif qui présente des enjeux en termes de radioprotection car il a une longue demi-vie biologique quand il est lié organiquement (OBT)[8]. L'exposition chronique à l'eau tritiée (HTO) à faible dose « suscite des inquiétudes »[8].

Une eau très contaminée par du tritium peut avoir une activité supérieure au kilobecquerel par litre (kBq/l).

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 « grappes complexes de cassures de l'ADN double brin, induites par les rayons β du tritium à faible dose, altérant la récupération efficace des dommages à l'ADN, qui sont responsables de la persistance des foyers résiduels ». Il semble que ces cellules, quand elles sont exposées à de faibles doses de rayonnement issus 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 mutation[8].

Seuil de potabilité :

• L’OMS recommande 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)[9].
• En France, la réglementation retient la limite de 10 kBq/l (soit 10 MBq/m³). Sous ces concentrations (qui atteignent l'ordre de grandeur des concentrations naturelles), on parle de « traces de tritium dans l'eau ».

L'unité de tritium (TU, en anglais « tritium unit ») est définie comme une dilution d'un atome de tritium pour 10¹⁸ atomes d'hydrogène[10].

Ce taux de dilution est donc d'une partie par million de partie par million de partie par million. Une eau marquée à un TU a une activité de 0,118 Bq kg⁻¹. Le seuil réglementaire de potabilité précédent se situe donc à 84 745 TU.

C'est par cette unité qu'est appréciée la diffusion du tritium dans l'atmosphère ou l'hydrosphère.

Le niveau de tritium dans l'eau de pluie est normalement de l'ordre de 5 à 10 TU, du fait de sa synthèse cosmogénique en haute atmosphère, par réaction (n, T) sur un atome d'azote[11]. Dans les années 1960 il est monté transitoirement à des valeurs supérieures à 1000 dans l'hémisphère nord, à la suite des essais nucléaires atmosphériques[11]. Il est très rapidement tombé à des valeurs plus faibles, le tritium atmosphérique étant capturé et dilué dans les eaux océaniques.