Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Radionucléides métalliques“

L’estuaire de la Seine est l’exutoire d’un bassin versant très anthropisé. Certaines zones marginales du fleuve ont piégé les particules fines auxquelles sont associés de nombreux contaminants ; elles donnent accès aux enregistrements sédimentaires des dernières décennies. Des carottages ont été effectués en trois sites : la Seine fluviale, l’estuaire fluvial de la Seine, et son embouchure. Après datation, ces carottes ont permis de reconstituer l’historique des apports particulaires en contaminants en chacun de ces sites. La comparaison entre les séries temporelles des concentrations de certains éléments dans les matières en suspension et dans les sédiments des carottes datées montre que ces derniers constituent un enregistrement conforme aux particules transportées aux mêmes sites. Les flux particulaires de 55 éléments stables et 18 radionucléides ont ainsi pu être été calculés de 1960 à 2002. La comparaison des données acquises dans la partie fluviale de la Seine et dans l’estuaire fluvial a permis de distinguer et de quantifier les sources intra-estuariennes de contaminants, dominées par les rejets de phosphogypses effectués dans les années 70 dans la région de Rouen (estuaire fluvial). L’intensité du pompage tidal dans l’estuaire fluvial a pu être quantifiée en utilisant les rapports d’activité de certains transuraniens. Enfin, à partir de l’historique des activités atmosphériques et des données acquises sur les carottes, un modèle de transfert du 137Cs de l’atmosphère vers le fleuve, fondé sur une loi de lessivage par ruissellement et érosion, est alors proposé
The Seine estuary is the outlet of a highly anthropogenized catchment area. Marginal areas of the river have trapped fine-grained sediment particles which a number of contaminants are bound to; they give access to the sedimentary records of the past decades. Corings were carried out in three areas: the Seine River, the upper Seine estuary, and at the river mouth. After dating, these cores have led to reconstruct the history of the inputs particulate elements in each of these areas. The comparison of the time series of elemental concentrations between (i) suspended matter during the last decades and (ii) dated sediments along the cores shows that the latter are representative of the former. Particulate fluxes of 55 stable elements and 18 radionuclides were estimated, from 1960 to 2002. Comparison of data acquired in the Seine River and in the upper estuary led to distinguish and quantify the intra-estuarine sources of contaminants that are dominated by phosphogypsum discharges during the 1970s in the Rouen harbour area (upper estuary). The intensity of tidal pumping up to the upper estuary was quantified using transuranics activity ratios. Based on the atmospheric 137Cs activities over the last decades and core derived 137Cs activities, a transfer model from the watershed to the river, based on a solid wash-off transfer function by runoff and erosion, is then proposed

L'influence de divers polluants métalliques (cadmium, zinc) et organiques (17 β-oestradiol, atrazine, polychlorobiphéniles, hydrocarbures aromatiques polycycliques) sur les caractéristiques de la bioaccumulation de radionucléides artificiels (110mAg, 134Cs 57CO) par la truite arc-en-ciel ("Oncorhynchus mykiss") a été testée. L'hypothèse de base de ce travail est de supposer que l'exposition des organismes aux polluants entraîne l'induction de mécanismes de réponse qui pourraient interférer avec la bioaccumulation des radionucléides et en modifier les caractéristiques. Afin de tenter de caractériser la nature et l'intensité du stress induit dans les organismes par l'exposition aux polluants non radioactifs, différentes mesures biologiques et biochimiques (biomarqueurs) ont été réalisées au cours des différentes expériences. Ces différentes expériences ont été réalisées sur le terrain ou en laboratoire. Leurs résultats montrent qu'une exposition au cadmium et/ou au zinc entraîne la mise en route de systèmes visant à lutter contre le stress oxydant généré par les métaux, ou visant à séquestrer ces derniers sous une forme chimiquement inactive. Elle entraîne aussi une forte diminution des quantités d'110mAg(-60%) et de 134Cs(-33%) accumulés par les organismes. Par contre, aucun effet n'a été observé sur la bioaccumulation du 57Co. Tous les composés organiques testés, sauf le fluoranthène, entraînent une augmentation des quantités de césium (+10 à 45%) et de cobalt (+30 à 60%) radioactifs accumulées par la truite arc-en-ciel. Par contre, seul le 17 β-oestradiol entraîne une augmentation des quantités d'110mAg (+30%) accumulées par la truite. Des hypothèses visant à expliquer les mécanismes impliqués sont proposées, et les principales implications de ces travaux dans le cadre de la radioécologie opérationnelle sont discutées.

L’exploitation minière de l’uranium et les processus de traitement du minerai sont à l’origine d’un marquage potentiel de l’environnement par les descendants des chaînes de désintégration U-Th et des éléments traces métalliques (ETM) associés. Ces contaminants s’accumulent ensuite préférentiellement dans des zones de sédimentation continentales (étangs ou lacs) ou des zones humides (tourbières, berges de rivière) situées à l’aval hydraulique des mines. Les zones humides en particulier sont des milieux sensibles aux changements globaux et à la pression anthropique, situés en général en tête de bassin versant. Cela pose donc un risque en cas relargage des contaminants depuis ces milieux. L’objectif de cette étude est de mettre en place une méthodologie aisément reproductible, y compris aux sites miniers orphelins, et permettant l’identification et la caractérisation des contaminations et la compréhension des mécanismes d’accumulation et des risques de relargage. Cette étude a été réalisée dans l’environnement de l’ancienne mine de Bertholène (Aveyron, 12, France). Les zones d’accumulations préférentielles ont été identifiées par spectrométrie gamma in situ mobile et fixe. Des échantillons de sols, sédiments, végétaux, eaux et tourbes ont été prélevés autour du site, afin (a) de caractériser l’activité des différents descendants des chaînes de l’U et du Th et les contaminations en ETM associées à différentes échelles d’observation, (b) de comprendre les mécanismes d’accumulation et de relargage potentiel et (c) de tracer les sources des contaminants. Les résultats obtenus montrent que l’essentiel de la contamination est localisée dans une zone inondable de l’environnement proximal aval de la mine. Les activités en uranium élevées (U-238 > 20000 Bq.kg-1) et le fort enrichissement des radionucléides du début de chaîne par rapport à la fin de chaîne de l’U-238 traduisent un apport préférentiel d’U-238 et de Th-230, par rapport au Ra-226, lors d’inondations. Les contaminations en ETM associées sont relativement faibles, excepté en Mn, en Ba et en S. Les accumulations en radionucléides et en ETM sont expliquées à la fois par les caractéristiques géochimiques du minerai d’uranium et par les processus de traitement du minerai et des eaux d’exhaure. Les lessivages chimiques réalisés révèlent que les fractions acido-solubles et oxydes amorphes des sols constituent des pièges prépondérants des contaminants et que des variations du pH ou du potentiel d’oxydoréduction pourraient générer des relargages important d’uranium et de radium dans l’environnement. Finalement les déséquilibres radiologiques et les isotopes du plomb sont des traceurs fiables de la contamination associée à l’exploitation d’une mine d’uranium
Uranium mining and uranium ore processing increase the environmental activity of U and Th decay products and trace elements, in particular in case of releases to the adjacent rivers. Contaminants accumulate then preferentially in sedimentation areas (such as ponds or lakes) or in wetlands (peatlands, marshes or riverbanks) located downstream to the mine. Wetlands – generally located at the head of watershed – are particularly sensitive to environmental changes and anthropogenic pressure. This poses a risk of release of contaminants from these accumulation areas. The objective of the present study is to propose an easily reproducible methodology – in particular for the orphan mining sites – to identify and characterize accumulation areas. This study also aims to improve our understanding of the mechanisms of accumulation and release, in these areas. This study was performed around the former mining site of Bertholène (France). Standing and mobile in situ gamma spectrometry is used to accurately locate the accumulation areas. Soils, sediments, vegetation, water and peat are also sampled upstream and downstream of the mine, in order to (a) characterize the activities and the disequilibria of the U-Th decay chains and the associated trace elements according to the scale of observation, (b) understand the mechanisms of accumulation and release and (c) identify the potential sources using geochemical proxies and isotopic analyses. The results obtained show that radionuclides are mainly accumulated in a flooding area located downstream the mine. Strong U-238 activities (> 20000 Bq.kg-1) and strong Ra-226/U-238 and Th-230/Ra-226 activity ratios are recorded, involving preferential inputs of U-238 and Th-230 during flooding events. Trace element contamination is low, except for Mn, Ba and S. Such contaminations are potentially explained by the geochemical composition of the uranium ore and by the past and current processes of ore and water mine. Sequential extractions highlight the importance of the acido-soluble and the amorphous oxides in the trapping of contaminants. Thus, pH or Eh potential changes could induce major releases of uranium to the environment. The large differences in Pb isotope composition between natural soils and uranium ores, as well the activity ratios of the U-238 and decay chain products, make these indicators helpful to identify the soils and the sediments impacted by uranium mining

Les déchets radioactifs, principalement issus de l'industrie nucléaire et des essais d'armes, ont entraîné une contamination environnementale importante. Les océans, couvrant 70 % de la surface terrestre, sont le principal réservoir de polluants, y compris des radionucléides, menaçant la vie marine et la santé humaine. L'étude des mécanismes biochimiques à l'origine de l'accumulation de ces éléments reste complexe, en particulier chez des organismes écologiquement pertinents comme les algues brunes, souvent utilisées comme bioindicateurs. Cette thèse étudie l'accumulation de radionucléides dans Ascophyllum nodosum, une macro-algue brune choisie pour sa pertinence écologique et sa capacité à bioaccumuler les ions métalliques. L'étude cible l'uranium (actinide naturel), l'américium (élément anthropogénique) et l'europium, (analogue chimique de l'américium). Trois questions clés sont abordées : comment ces radionucléides sont-ils bioaccumulés, où sont-ils localisés et quelles biomolécules sont responsables de leur accumulation. Une approche mécanistique multi-échelle, aux niveaux macroscopique, cellulaire et moléculaire a été développée, combinant des études biocinétiques, de l'imagerie et des analyses de spéciation. Une étude biocinétique de l'accumulation et du relargage des radionucléides par l'algue a été effectuée au moyen d'expériences de contamination avec des concentrations allant de 10-4 M pour l'U (VI), 10-7 M pour l'Eu (III), à 10-12 M pour l'Am (III). Pour l'uranium, les études de contamination ont révélé une bioaccumulation active dans les algues vivantes avec une compartimentalisation entre les tissus : les réceptacles (organes reproducteurs) ont montré la plus forte accumulation d'uranium (Facteur de Concentration - CF ~ 49), tandis que les branches et le thalle n'en ont retenu que des quantités minimes. Pour l'américium et l'europium, l'étude biocinétique a révélé des tendances cohérentes, confirmant que l'europium peut être utilisé dans ce contexte comme un analogue de l'américium. Contrairement à l'uranium, l'europium a présenté une accumulation homogène entre les tissus des algues (CF~1100). À l'échelle microscopique, des outils d'imagerie avancés ont été utilisés pour cartographier la distribution de l'uranium dans les tissus d'algues. Une absorption superficielle a été observée dans le thalle, les branches et les réceptacles mâles, tandis que des zones localisées à forte concentration d'uranium ont été observées dans les cellules d'œufs des conceptacles femelles. À l'échelle moléculaire, les études de spéciation par spectroscopie d'absorption des rayons X (XAS) ont montré que l'uranium forme des complexes uranyle-alginate dans les branches de l'algue et des complexes uranyle-phosphates (pseudo-autunite) dans les réceptacles mâles, qui probablement se forment sous l'influence des bactéries de surface. Dans les réceptacles femelles, l'uranium semble être chélaté par des protéines phosphorylées, ce qui met en évidence des mécanismes de séquestration distincts selon le sexe. Pour l'europium et, par extension, l'américium, les analyses de spéciation ont identifié des complexes europium-carboxylate, indiquant les polysaccharides comme potentiels agents chélateurs dans les tissus des algues. Cette thèse contribue à approfondir notre compréhension du comportement des radionucléides dans les écosystèmes marins et offre un aperçu des mécanismes de bioaccumulation mis en œuvre par les macro-algues brunes. Les résultats mettent en lumière des applications potentielles pour la surveillance et la remédiation de la pollution par les métaux radioactifs
Legacy radioactive waste, primarily from the early development of the nuclear industry and weapon test, has resulted in significant environmental contamination. Oceans, covering 70% of Earth's surface, serve as the primary reservoir for pollutants, including metallic radionuclides, which pose a threat for both marine organisms and human health. Studies on the biochemical mechanisms driving the accumulation of radioelements remain limited and underexplored, particularly in ecologically relevant organisms such as brown algae, which are widely used as biomonitoring species. This thesis investigates the accumulation of radionuclides in Ascophyllum nodosum, a brown macroalga selected for its ecological relevance and its ability to bioaccumulate metal ions. The study focuses on uranium, a naturally occurring actinide, americium, an anthropogenic derived element and europium, used as a chemical surrogate for americium. This work addresses three key questions: how radionuclides are bioaccumulated, where they are localized within the alga and which biomolecules are responsible for their uptake. A multi-scale mechanistic approach at the macroscopic, cellular and molecular levels was developed, combining biokinetic studies, imaging, and speciation analyses. A biokinetic study of radionuclide accumulation and release by the alga was conducted through contamination experiments with concentrations ranging from 10-4 M for U(VI), 10-7 M for Eu (III), to 10-12 M for Am (III). For uranium, contamination studies revealed active bioaccumulation in living algae, with compartmentalization across tissues. Receptacles (reproductive organs) exhibited the highest uranium accumulation (Concentration Factor - CF ~ 49), while branches and thallus retained minimal amounts. For americium and europium, the biokinetic study revealed consistent trends, confirming that europium can be used in this context as an analogue for americium. Unlike uranium, europium showed homogeneous accumulation across algal tissues (CF ~1100). At the microscopic scale, advanced imaging tools were used to map uranium distribution within algal tissues. Superficial absorption was observed in the thallus, branches and male receptacles, while localized areas of high uranium concentration were detected in the egg cells of female conceptacles.At the molecular scale, speciation studies using X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) revealed that uranium forms uranyl-alginate complexes in the branches and uranyl-phosphate complexes (pseudo-autunite) in the male receptacles, likely influenced by surface bacteria. In female receptacles, uranium appears to be chelated by phosphorylated proteins, highlighting distinct gender-specific sequestration mechanisms. For europium and, by extension, americium, speciation analyses identified europium-carboxylate complexes, suggesting that polysaccharides may act as potential chelating agents in algal tissues.This thesis enhances our understanding of radionuclide behavior in marine ecosystems and provides insights into the bioaccumulation mechanisms employed by brown macroalgae. The findings highlight potential applications for monitoring and remediating pollution by radioactive metals

Les méthodes d'imagerie médicale non invasives, comme la scintigraphie monophotonique (SPECT) ou la tomographie par émission de positons (PET), sont des outils précieux pour le développement et la validation de nouvelles molécules thérapeutiques. Cette approche nécessite la fixation d'une molécule émettrice d'un signal sur un traceur biologique, par exemple par marquage radioisotopique. Parmi les radionucléides largement utilisés en médecine nucléaire, des cations tels que 111In3+ pour la SPECT, 64Cu2+ et 68Ga3+ pour la PET ont été mis en œuvre ces dernières années. Afin de minimiser la distribution de l'élément radioactif par transmétallation ou par transchélation dans l'organisme, il est indispensable de piéger sélectivement le radiométal visé par des ligands adaptés qui forment des complexes stables et inertes vis-à-vis de la démétallation. De nombreux travaux impliquant des ligands polyazotés linéaires ou cycliques ont été entrepris, mais le choix des ligands a rarement été étayé par une caractérisation structurale, thermodynamique et cinétique complète de leurs propriétés de coordination. L'objet de nos travaux est l'étude physico-chimique de ligands modèles N fonctionnalisés en série tétraazamacrocyclique afin d'évaluer l'impact du remplacement d' un groupe acétate par une fonction acétamide lors de la conjugaison du macrocycle au vecteur biologique via un bras de coordination. Les constantes de formation des complexes avec les isotopes naturels du Cu2+, Ga3+ et In3+, ainsi qu'avec les cations métalliques biologiquement importants tels que le Mg2+, Ca2+, Fe3+ et Zn2+ ont été mesurées. Par la suite, nous nous sommes efforcés de synthétiser et d'isoler les complexes métalliques formés avec les ions ciblés (Cu2+, Ga3+, In3+) dans le but de les caractériser par différentes méthodes spectroscopiques (RMN, RPE, UV-visible, IR, MS-ESI) ainsi que par diffraction des rayons X. Par ailleurs, les potentiels redox des complexes de cuivre(II) ont été déterminés dans l'optique d'identifier ceux qui ne sont pas susceptibles d'être réduits par les réducteurs physiologiques.