The TRANSAQUA model applied to zebra mussels (Dreissena polymorpha) used for the biomonitoring of 137Cs and 106Ru contamination

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Abstract

The dynamics of contamination of the zebra mussel (Dreissena polymorpha) by two artificial radionuclides, 106Ru and 137Cs, were quantified in a simplified experimental ecosystem. Main sources of contamination (water, phytoplankton, and other natural suspended matter) were considered. The kinetic constants of accumulation and elimination governing each transfer in the ecosystem were used to calibrate the TRANSAQUA model (TRANSfer of radionuclides along AQUAtic food chains). This model was run to simulate the time series of pollutant concentrations within a population of zebra mussels in the Rhone River downstream of the Marcoule fuel reprocessing plant. The ecological parameters considered included the seasonal cycle of phytoplankton and the mussel clearance rate. The TRANSAQUA model was validated on the basis of a comparison between the simulated results and the data from quarterly gamma spectrometry measurements of samples from the mussel population. Almost all field data were within the range of simulated concentrations, except a few points sampled just after periods of flood or low water. For 106Ru, the water pathway was predominant for the whole mussel, almost reaching 80%. For 137Cs, the ingestion of natural suspended matter, other than phytoplankton, was the main route explaining the contamination of the entire mussel.

Dans un écosystème expérimental simplifié, nous avons quantifié la dynamique de la contamination de la moule zébrée (Dreissena polymorpha) par deux radionucléides, soit le 106Ru et le 137Cs. Notre attention a porté sur les principales voies de contamination (eau, phytoplancton et autres matières naturelles en suspension). Nous nous sommes servi des constantes cinétiques de l'accumulation et de l'élimination qui régissent les phénomènes de transfert survenant dans l'écosystème pour calibrer le modèle TRANSAQUA (TRANSfert de radionucléides le long les chaînes trophiques AQUAtiques). Avec ce modèle, nous avons simulé des séries chronologiques de concentrations de polluants dans une population de moules zébrées du Rhône, en aval de l'usine de retraitement de Marcoule. Entre autres paramètres écologiques, nous avons considéré le cycle saisonnier du phytoplancton et le coefficient d'épuration de la moule zébrée. Pour valider le modèle TRANSAQUA, nous avons comparé les résultats de la simulation aux valeurs obtenues tous les trois mois par spectrométrie gamma d'échantillons de la population de moules. Presque toutes les valeurs réelles étaient comprises dans la plage des concentrations simulées, sauf quelques unes résultant d'un échantillonnage après une période de crue ou d'étiage. La contamination de la moule entière par le 106Ru est principalement due à l'eau; elle a presque atteint 80% par cette voie. Dans le cas du 137Cs, l'ingestion de matières naturelles en suspension autres que le phytoplancton est la principale voie de contamination de la moule entière.

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