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Strontium-90



Un produit de fission proche du calcium

Le strontium-90 est avec le césium-137 un des principaux produits de la fission nucléaire. Après l'explosion d'une bombe atomique ou dans un réacteur nucléaire, il est abondant : 5,8 % des fissions de l'uranium-235 produisent ce noyau. Il a été question du strontium-90 lors des tests des bombes atomiques dans l'atmosphère des années 1960. Il a aussi été répandu lors d'accidents comme ceux de la rivière Techa, de Tchernobyl et récemment de Fukushima.

Chimiquement, le strontium est proche du calcium. Comme celui-ci, en cas d'absorption, il se fixe de préférence dans la masse osseuse. Il n'émet que des rayons bêta qui ont un court parcours ce qui ajoute à sa nocivité en cas d'ingestion ou d'inhalation. Il est craint comme source de cancers des os et de leucémies si la moelle épinière est touchée.

Dans l'alimentation, le lait et les fromage riches en calcium véhiculent le strontium. En mer, il se fixera davantage sur les coquilles d'huîtres et de moules, les carapaces de crabes et crevettes, les arêtes et écailles que dans la chair des poissons. Le strontium est généralement faiblement accumulé par les organismes aquatiques.

Le strontium 90 n'émet pas de rayons gamma. Du fait de l'absence de ces rayons d'énergie bien caractéristique qui signeraient sa présence, celle ci est difficile à détecter Mais cette absence signifie aussi l'absence d'exposition externe. On peut fouler sans trop de risques un sol contaminé en strontium-90 ...

Schéma de désintégration du strontium-90
La désintégration du strontium présente deux particularités. Elle se fait d'abord en deux étapes. Le strontium se transforme en Ytrium-90 avant d'aboutir au zirconium-90, stable. L'Ytrium-90 (64 heures de période radioactive) vit beaucoup moins longtemps que le strontium-90 (29 ans). Par ailleurs, les deux désintégrations successives sont à près de 100 % exclusivement bêta. Il n'y a pas de rayons gamma accompagnant permettant d'identifier facilement les désintégrations. Les rayons bêta émis, quoique énergiques, sont peu pénétrants.
IN2P3 (Source BNL - Nudat2)

Le strontium-90 est moins dispersé que le césium lors d'accidents de réacteurs car il est nettement moins volatil, comme cela a été observé à Tchernobyl. Sa mobilité et le transfert dans l'environnement restent cependant mal compris.

Son transport par l'eau de ruissellement et la nappe phréatique a été étudié dans la zone de Tchernobyl où de grandes quantités de matières radioactives se sont retrouvées enfouies dans une couche de sable de 5 à 7 m d’épaisseur baignant dans une nappe phréatique quasi stagnante. A la verticale de cette tranchée le strontium 90 a contaminé la nappe phréatique à raison d'environ 10 kilobecquerels par litre (kBq/l) , cette contamination tombant à environ 0,1 kBq/l à quelques dizaines de mètres de distance. Dans cette situation, la migration du strontium 90 avec l'eau était lente.

A Fukushima la question du strontium 90 a fait surface à l'automne 2013 à l'occasion de fuites d'eaux contaminées entreposées sur le site. Alors qu'une décontamination des eaux du césium est en place depuis 2011, celle du strontium n'était pas encore opérationnelle. Du strontium-90 est donc présent dans les eaux entreposées (ou non) sur le site dont une partie s'est déversée surtout en mars-avril 2011 dans la zone côtière.

Dépôts de Strontium-90 après Tchernobyl
Distribution en décembre 1989 des dépôts de strontium-90 après l'accident de Tchernobyl. La présence de strontium étant beaucoup plus difficile à détecter que celle de césium-137, les cartes de contaminations au sol comme celle-ci sont beaucoup plus rares. La contamination au sol du strontium apparait nettement plus faible que celle du césium-137 et concentrée autour de l'accident. La radioactivité étant uniquement bêta, la contamination des sols ne génère pas d'exposition externe.
Atlas de Tchernobyl

La durée de vie du strontium-90 est longue à l'échelle humaine. Sa période radioactive est de 28,79 années, voisine de celle du césium-137. Une première désintégration le transforme en Ytrium 91, qui lui même se transforme en Zirconium-90 au bout de quelques dizaines d'heures.

L'énergie de la double désintégration est élevée, 2 736 keV, les deux électrons bêta émis en cascade emportant en moyenne la moitié. Peu pénétrants, ils dissipent leur énergie sous forme de chaleur à immédiate proximité. De ce fait, le strontium-90 dégage une quantité de chaleur relativement importante de 0,91 watt par gramme. Cette propriété lui a valu d'être utilisé dans l'ancienne Union Soviétique pour des générateurs thermoélectriques appelés RTG destinés à alimenter en énergie et électricité un millier de balises et de phares inhabités dans le grand nord sibérien. De telles sources étaient beaucoup moins chères que celles au plutonium-238 embarquées pour les missions spatiales lointaines de la NASA.

La chaleur dégagée par le strontium a un impact sur la gestion des déchets radioactifs de haute activité. Quand un colis de déchets vitrifiés est produit à l'usine de la Hague, un quart de l'importante chaleur dégagée - environ 500 watts - est due au strontium. A cause de ce dégagement de chaleur, il faut attendre des années avant de pouvoir enfouir ces colis dans un centre de stockage. A l'échelle de temps d'un stockage géologique, l'effet de la décroissance radioactive se fait toutefois sentir : à 100 ans la radioactivité du strontium et la chaleur dégagée sont divisées par 11, à 300 ans par 1380.