Processus d’émission de l’iode radioactif en surface de l’océan (Ref Th ENV 26-04)

L'iode est un oligo-élément essentiel au cycle biogéochimique terrestre, dont la dynamique environnementale reste mal comprise en raison de la diversité de ses formes chimiques et isotopiques. Le radioisotope 129I, produit par les activités nucléaires, est rejeté en mer principalement sous forme iodure par l'usine de retraitement du combustible usagé ORANO La Hague. Il s'accumule dans les océans, où il pourrait être réémis vers l'atmosphère, contribuant à des dépôts éloignés observés jusqu'en Méditerranée ou en Asie. Ce mécanisme, bien que suggéré dans la littérature, n'a jamais été démontré ni quantifié. La spéciation de l'iode, notamment sa fraction organique, pourrait jouer un rôle clé dans ce processus, en facilitant son transfert vers l'atmosphère et la biosphère. Les algues brunes, connues pour concentrer fortement l'iode, pourraient également contribuer à cette réémission via l'iodovolatilisation, notamment en réponse à des stress environnementaux. Cette thèse vise à caractériser les formes chimiques de l'iode stable et radioactif dans la couche de surface marine, à évaluer leur dynamique temporelle et spatiale, et à étudier le rôle des macroalgues dans le retour de l'iode vers l'atmosphère. Ces travaux permettront d'améliorer la compréhension des transferts d'iode dans l'environnement marin et de renforcer l'expertise en radioprotection en cas de rejets chroniques ou accidentels.

La thèse s'articule autour de deux axes expérimentaux indépendants.

Axe 1 : Suivi temporel de la spéciation de l'iode stable et du 129I dans la couche de surface (préleveurs spécifiques) et la colonne d'eau sous-jacente, à proximité des rejets de La Hague. Sur 24 mois, des prélèvements seront réalisés tous les 1 à 2 mois sur 1 à 2 stations. Les concentrations en iodure, iodate et iode organique seront mesurées, ainsi que les rapports isotopiques 129I/127I. Les capteurs DGT et les techniques de chromatographie anionique seront utilisés, avec des mesures isotopiques par ICP-MS (plateformes Lutèce et Paterson, LERCA, ETH Zürich ou DTU Sustain). Les résultats seront couplés à une modélisation de la dispersion du 129I-.

Axe 2 : Évaluation du rôle des algues brunes (Laminaria digitata, Fucus serratus) dans la fixation et la réémission de l'iode. Des expériences de transplantation seront menées en surface et au fond, sur deux sites à différentes distances de l'émissaire. Un suivi bimensuel de la teneur en iode et du rapport 129I/127I des algues permettra d'évaluer l'impact de la couche de surface de l'eau de mer sur l'incorporation renforcée de l'129I dans les algues brunes. Les mesures seront réalisées par spectrométrie gamma ou ICP-MS, et des données d'imagerie SIMS seront également disponibles. De manière complémentaire, des expériences en laboratoire testeront la capacité des Laminaires à absorber l'iode organique (ex. CH2I2), en suivant sa concentration dans le milieu d'incubation par chromatographie ionique. Un dispositif expérimental limitant les échanges avec l'atmosphère sera développé.

Calendrier :
Année 1 : bibliographie, exploitation des données IOSHI (données de terrain d'une récente expérience similaire à celle de l'axe 2), premiers suivis de spéciation, séparation des fractions chimiques, transplantation d'algues.
Année 2 : poursuite du suivi, analyses isotopiques, mise au point du dispositif d'absorption de l'iode organique.
Année 3 : expériences en laboratoire sur l'absorption de l'iode organique par les Laminaires.

Bibliographie

• Carpenter, L.J., et al., Marine iodine emissions in a changing world. Proc. of the Royal Society A, 2021. 477(2247)
• Jones, M.R., et al., Iodide, iodate & dissolved organic iodine in the temperate coastal ocean. Frontiers in Marine Science, 2024-11 – 2024
• Liu, J., et al., The transport, distribution, and budget of anthropogenic 129I in the Bohai and North Yellow Seas, China. Journal of Hazardous Materials, 2025. 487
• Fiévet, B., et al., Iodine uptake in brown seaweed exposed to radioactive liquid discharges from ORANO La Hague. JER, 2023. 256
• Jones, M.R., et al., Environmental iodine speciation quantification in seawater and snow using ion exchange chromatography and UV spectrophotometric detection. Analytica Chimica Acta, 2023. 1239

L'Autorité de sûreté nucléaire et de radioprotection est une autorité administrative indépendante créée par la loi du 21 mai 2024 relative à l'organisation de la gouvernance de la sûreté nucléaire et de la radioprotection pour répondre au défi de la relance de la filière nucléaire. Elle assure, au nom de l’État, le contrôle des activités nucléaires civiles en France et remplit des missions d'expertise, de recherche, de formation et d’information des publics.

La thèse se déroulera au Laboratoire de recherche sur les transferts de radionucléides dans les écosystèmes aquatiques (LRTA) de l'ASNR à Cherbourg. Les missions générales de ce laboratoire sont de décrire, analyser et modéliser les transferts et les flux dans l’espace et le temps de radionucléides sur un continuum associant les bassins versants et le milieu marin. (voir site)

Master en Géosciences, Géochimie, Chimie de l'environnement, Chimie, Océanographie, Sciences de l'eau.