Le tritium est un isotope radioactif de l'hydrogène à période radioactive de 12,32 ans.
Il est naturellement présent à dose infime dans l'environnement ( pour la planète entière). Mais il a été introduit en quantité plus importante dans l'air, l'eau, les sols, les organismes et les écosystèmes, principalement par les essais nucléaires atmosphériques (avec un pic en 1961), puis par les installations nucléaires de production d’électricité et les installations impliquées dans le cycle du combustible.
Il n'est pas considéré comme dangereux tant qu'il est à l'extérieur des organismes vivants (la peau morte superficielle suffit à bloquer son rayonnement, qui ne parcourt pas plus de en moyenne dans l'eau) ou tant qu'il y circule avec l'eau libre. Mais comprendre la manière dont il circule dans l'environnement et le réseau trophique est un enjeu d'évaluation environnementale et de santé car Organisme de réglementation nucléaire du Canada, « Rejets de tritium et conséquences sur les doses au Canada en 2006 ; Volet du projet d’études sur le tritium INFO-0793 » ; Ref:INFO-0793 décembre 2009 Rapport, 48 pages, (voir notamment , résumé) en particulier s'il est intégré dans certaines molécules organiques, dont l'ADN des chromosomes.
Dans le monde avec notamment l’Agence internationale de l'énergie atomiqueAIEA, 2008 Données sur le tritium (sur le site de l’AIEA)HPA 2007, Review of Risks from Tritium, in “Report of the independent Advisory Group on Ionising Radiation (AGIR)”, Health Protection Agency, Radiation, Chemical and Environmenta Hazards, United Kingdom.IAEA, 2003. Modelling the environmental transport of tritium in the vicinity of long term atmospheric and sub-surface sources, in “BIOsphere Modelling and ASSessment (BIOMASS) program”. Tritium Working group. Vienna, AustriaIAEA, 2007a. Definition of Organically Bound Tritium (OBT), in “Environmental Modelling for Radiation Safety (EMRAS) program”. Tritium and C-14 Working Group. Vienna, Austria, des scientifiques cherchent à mieux comprendre la cinétique environnementale du tritium. En France l'ASN a mis en place un groupe de travail sur ce thème (en 2008), et a publié un premier rapport sur le tritium dans l'environnement, puis un second rapport en 2017. Selon l'IRSN .
Formes physico-chimiques du tritium Dans l'environnement il est présent sous plusieurs formes (naturelles ou anthropiques) de HT ou HTO, et: dans des molécules organiques dissoutes dite « marquées » (molécules de synthèse tritiées) ; particules organiques (détritiques ou fraîches) ; particules fines ou nanoparticules d’origine technogénique (origine artificielle) ; molécules déjà intégrées dans des organismes vivants (fixes ou mobiles) ; Chacune de ces formes circule par des voies et avec des taux de transfert et d’assimilation potentiellement différents.
Le tritium naturel En 1951 Gross & al. ont estiméGrosse, A.V., W.M. Johnston, R.L. Wolfgang et W.F. Libby. 1951. Tritium in nature. Science, 113: 1-2. que dans l'environnement terrestre, le tritium (3H) était spontanément produit (essentiellement dans la haute atmosphère) par spallation des atomes d’azote 14 (ainsi que d'oxygène et d'argon) par les rayons cosmiques. Il ne représente selon eux que de l’hydrogène naturellement présent. Ils ont proposé comme unité de mesure une « unité de tritium » (u.t.) équivalente à une concentration d’un atome de tritium pour atomes d’hydrogène, mais les taux de tritium sont aujourd’hui plutôt décrits en unités d’activité radioactive (Bq par litre d’eau), où un « u.t. » est équivalent à M. Gröning, K. Rozanski, Uncertainty assessment of environmental tritium measurements in water, Accred Qual Assur (2003) 8:359–366 d'eau pure pour une masse volumique de .
Sa demi-vie courte (par rapport aux temps géologiques) fait que le tritium naturel est en « quasi-équilibre » entre la production et la désintégration. Il ne peut donc pas significativement s'accumuler dans l'atmosphère.
Dans l'atmosphère : Au début des années 1960, le taux de tritium dans l’air (rapport T/H) est environ à plus élevées que dans les eaux météoriques (pluie, neige...), bien que les quantités d’hydrogène gazeux dans l’air soient inférieures à la quantité moyenne de vapeur d'eau Begemann F (1962) The Natural Tritium Economy of the Earth and the Question of Its Variation with Time, Chimia, 16(1): 1-10.Bibron R (1963) Physique de l’atmosphère, évolution de la concentration du tritium dans les eaux de précipitation en France, compte rendu, 256: 4951-4954 Grosse, A.V., A.D. Kirshenbaum, J.L. Kulp, et W.S. Broecker. 1954. The natural tritium content of atmospheric hydrogen, Phys. Rev., 93: 250Harteck, . The relative abundance of HT and HTO in the atmosphere. J. Chem Phys., 22: 1746-1751.Harteck, P., et V.F. Faltings. 1950. The helium-3 problem of the atmosphere. Nature, 166: 1109.. Le tritium de l'air est presque entièrement lessivé par les précipitations. Dans l'eau (hydrosphère) : On trouve 90 à 99,78 % du tritium connu, surtout dans les océans (presque 99 %) Jacobs, D.G. 1968. Sources of Tritium and its Behaviour upon Release to the Environment. AEC Critical Review Series. TID-24635.. Le taux de tritium en milieu naturel « non perturbé » n'a jamais pu être mesuré, puisque les essais nucléaires, les bombes nucléaires d'Hiroshima et Nagasaki, puis l'industrie nucléaire civile ont répandu du tritium sur toute la planète avant qu'on ne commence à le mesurer dans la biosphère. D'après l'AIEA (1967) la modélisation fait estimer à environ 5 u.t. la concentration de tritium naturelle des précipitations ; soit une activité spécifique moyenne d’environ Roether, W. 1967. « Estimating the tritium input to groundwater from wine samples: Groundwater and direct run-off contribution to Central European surface waters. » Dans : Isotopes in Hydrology. Agence internationale de l’énergie atomique, Vienne, .. Dans les eaux de surface, le tritium naturel serait présent à des taux variant de 0,37 à 1,11 Bq/L ANL (Argonne National Laboratory). 2005. Tritium (hydrogen-3). EVS Human Health Fact Sheet.
Un stockage-tampon existe en zone polaire (En antarctique, ), aujourd'hui perturbé par une fonte accélérée des glaces et neiges de surface, au pôle nord notamment.
L’UNSCEAR a estimé l'activité de l'inventaire global du tritium naturel à environ (soit )Sources de tritium, CEA, consulté 2010/07/16. Dans la biosphère, la production naturelle annuelle totale de tritium serait selon le CEA de , soit une radioactivité de à . (, ou de et selon le CEA). Une production tellurique (souterraine) existe, mal quantifiée mais qui semble très faible face à la production aérienne.
Le tritium anthropique Il est émis dans l'air, l'eau et les sols par l'humain depuis les années 1940, à des doses dépassant de loin les taux naturels, via deux sources principales : les installations nucléaires (civiles et militaires)Telushkina EL, Tritium in the environment in the vicinity of enterprises with a nuclear fuel cycle. Gig Sanit. 1983 Mar; (3):62-5. et les explosions nucléaires (essais nucléaires atmosphériques notamment). Les essais thermonucléaires : de 1945 à 1963, les essais nucléaires des bombes A ou H ont rejeté dans l'atmosphère de tritium (des premiers essais à 1976) selon l’UNSCEAR (1977)UNSCEAR (Comité scientifique des Nations unies pour l'étude des effets des rayonnements ionisants). 1977. Nations Unies. Sources and Effects of Ionizing Radiation. Rapport 1977 du Comité scientifique des Nations unies pour l'étude des effets des rayonnements ionisants, présenté à l’Assemblée générale, avec annexes. United Nations sales publication no. E.77.IX.I. New York ou environ de tritium selon le CEA et dans les années 1995, il devait encore en rester . En 2000, environ 90 % du rayonnement émis par ces essais avait disparu du fait de la décroissance radioactive selon l'IRSNVoir fiche radionucléide déjà citée.. La production et le maintien en conditions opérationnelles d'armes thermonucléaires émet aussi du tritium, parce que ce tritium doit être produit industriellement. Par exemple, en France, le seul centre de Valduc du CEA, a ainsi déclaré pour la seule année 1999 d'activité (un peu moins d'un gramme, soit l'équivalent du rejet d'une trentaine de réacteurs de centrales nucléaires) pour ses rejets gazeux ; sous forme HTO (eau tritiée) pour environ 70 % et sous forme HT (dihydrogène tritié) pour 30 %Voir fiche radionucléide déjà citée, page 3.. La recherche sur la fusion nucléaire, comme ITER, peut émettre aussi du tritium, parce que ce tritium est nécessaire pour atteindre une fusion nucléaire, et qu'il doit être produit industriellement d'une manière ou d'une autre. Les installations nucléaires : le rejet de tritium varie selon la puissance du réacteur, son combustible, et de son taux de burn-up (taux de « combustion»)Fiche CEA Rayonnement ionisants et santé, consulté 2010/07/14 . Les réacteurs à eau sous pression en produisent par activation des éléments légers (Bore et Lithium) du circuit primaire.
C'est aussi un produit de fission de la réaction elle-même (0,01 % des fissions). Un réacteur de rejette environ (soit ). Les taux de production par fission sont similaires pour tous les types de réacteurs à neutrons thermiques et sont de l’ordre de ; le taux de production dans les réacteurs à neutrons rapides est par contre un peu plus important, de l’ordre de , compte tenu des rendements de fission ternaire différents pour les isotopes de l’U et du Pu en spectre de neutrons rapidesSources de production et gestion du tritium produit par les installations nucléaires (IRSN) in « Le livre blanc du tritium. ».
Réacteurs, usines de retraitement et production d'armes avaient de 1950 à 1997 déjà dispersé environ de tritium, auxquels il faut ajouter de carbone 14, selon l'évaluation faite par l'UNSCEAR en 2000Sources and effects of ionizing radiation - United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. UNSCEAR 2000 Report to the General Assembly.. Les installations nucléaires en produisaient selon l’UNSCEAR en 2000. Selon le CEA, de 1995 à 1997, les réacteurs à eau légère en ont rejeté chacun en moyenne sous forme gazeuse et sous forme d’eau tritiée par an (UNSCEAR 2000).
L'usine de la Hague en France produirait environ de tritium par an (pour de déchets retraités).
Les rejets anthropiques dans l'environnement sont volontaires ou accidentels. Leurs formes et localisation ont beaucoup changé depuis les années 1950.
Rejets de l'industrie et des installations nucléaires Depuis l'arrêt des essais nucléaires dans l'atmosphère, le tritium artificiel est principalement rejeté dans l'air et l'eau par les installations nucléaires. Il est l'un des deux radionucléides les plus émis dans l’environnement par les installations nucléaires en fonctionnement normalIRSN (2017) Modéliser le transfert du tritium dans l’environnement pour évaluer son impact, Aktis.
Les réacteurs nucléaires et l'industrie nucléaire produisent et libèrent du tritium : lors de réactions de fission ; par activation du circuit primaire (« poison » consommable au bore pour les PWR, eau lourde des réacteurs CANDU) ; par « dégazage » volontaire à partir du combustible « usé », notamment lors du retraitement des déchets nucléaires (principale source) ; involontairement, via des fuites dans les centrales, ou à partir de leurs sites de stockages ou d'autres installations. Ces fuites et le risque de nouvelles fuites augmentent avec le vieillissement des centrales.
Dans les réacteurs à eau, du tritium (12,32 ans, β- de ) est produit dans l'eau, par activation des éléments légers (bore et lithium) présents dans le circuit primaire. Un réacteur de rejette de l'ordre de (soit ).