Projet ANR-11-JAPN-0003 – FREE BIRD : Effets des rayonnements ionisants chez les oiseaux dans la zone contaminée de Fukushima : liens entre dose, mécanismes moléculaires impliqués et conséquences délétères sur la reproduction
Programme : Great Tohoku Earthquake (FLASH JAPON)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Madame Christelle ADAM-GUILLERMIN (Institut de radioprotection et de sureté nucléaire - IRSN)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire
Montant : 99117.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 18 mois
Résumé : Impact de l’accident nucléaire de Fukushima Dai-ichi sur les populations d’oiseauxIl existe peu de données sur les effets des radiations ionisantes sur la faune sauvage exposée en conditions réelles. Le projet FREEBIRD propose d’identifier les facteurs physiologiques clés gouvernant la radiosensibilité des organismes non-humains, permettant de disposer de signaux d’alerte utilisables pour une stratégie de conservation des espèces.
Raffinement des critères et méthodes de protection radiologique des écosystèmesLa catastrophe nucléaire de Fukushima qui a eu lieu en 2011 a provoqué le rejet massif de produits de fission volatiles (134CS, 137Cs, 131I, 129mTe, 129Te, 132Te, 136Cs, 132I, 89Sr, 90Sr…). Les débits de doses induits par les dépôts de radioéléments dans la zone des 100 kilomètres autour de la centrale accidentée sont supérieurs au seuil maximal défini (10 µGy/h) pour une bonne conservation des écosystèmes. Dans ce contexte, l’objectif du projet FREEBIRD est d’évaluer les effets des radiations ionisantes sur les vertébrés, organismes les plus radiosensibles, et en particulier sur les populations d’oiseaux.  Les réponses biologiques seront étudiées chez les oiseaux prélévés dans des zones de contamination croissante, de manière à établir des relations dose radiologique-réponse biologique robustes.A l’issue de ce projet, de nouveaux jeux de données seront disponibles sur les effets des rayonnements ionisants sur la faune sauvage, exposée in situ en conditions réelles. Ces données représenteront une contribution majeure : elles pourront dans un premier temps être comparées aux critères de protection écologique actuels pour évaluer les risques encourus par les populations d’oiseaux exposés. Elles constitueront également une base scientifique solide permettant d’alimenter le débat toujours controversé sur les conséquences écologiques de l’accident de Tchernobyl, 25 ans après la catastrophe.
Stress oxydant radioinduit et coloration du plumageCe projet s’appuie sur les concepts d’évolution sexuelle liés à la coloration du plumage des oiseaux. Ces derniers font face à un compromis pour l’utilisation de certains pigments colorés : soit dans la régulation de leur stress oxydatif, soit dans la coloration de leurs plumes. En raison de ce compromis et de la couleur vive des plumes chez certaines espèces, il a été proposé que la coloration des plumes puisse avoir évolué en tant que signal sexuel, signalant la qualité des individus à leur partenaire. Les radiations ionisantes conduisant à un stress oxydatif radio-induit, elles sont susceptibles d’altérer le statut oxydatif des oiseaux, entraînant également des conséquences en termes de génotoxicité, d’immunotoxicité et de reprotoxicité. Ce type de réponses biologiques sera mesuré chez les populations d’oiseaux exposées à Fukushima selon un gradient de contamination radioactive.     Une caractérisation fine de la dosimétrie, intégrant expositions interne et externe, permettra d’acquérir des relations dose-réponse robustes.
Résumé de la soumission : Nous proposons dans ce projet d'étudier les effets d'une exposition à des rayonnements ionisants issus du désastre nucléaire de Fukushima, sur la physiologie, le comportement et la fitness d'oiseaux sauvages du Japon. Nous étudierons aussi théoriquement les conséquences prédites de tels effets sur la dynamique de populations de ces espèces, en combinant les effets radiotoxiques observés à l'échelle (sub)individuelle le long d'un gradient d'exposition dans la zone de Fukushima, et la modélisation des dynamiques de population issue des traits d'histoire de vie des espèces.Ce projet sera focalisé sur trois espèces d'oiseaux, ayant une physiologie de la reproduction et un comportement écologique variés. La stratégie d'échantillonage consistera à prélever des échantillons le long d'un gradient d'exposition radiologique dans la zone des 100 km, durant deux périodes principales: la première mue après l'accident et la période de reproduction suivante.Nous étudierons plus particulièrement les effets de l'exposition aux rayonnements ionisants sur l'expression des signaux sexuels et sur l'investissement reproductif chez les oiseaux sauvages, en suivant plusieurs facteurs physiologiques clés (e.g. concentrations d'hormones, immunité, stress oxydant, génotoxicité et qualité du sperme). De cette façon, les résultats permettront de comprendre dans quelle mesure l'exposition aux rayonnements ionisants affecte l'allocation des ressources (e.g., pigments, antioxydants) entre les processus liés à la survie (immunité, stress oxydant) ou à la reproduction (élaboration des signaux sexuels, investissement reproductif).Finalement, ce projet mènera à la production d'un nouveau jeu de données sur les effets des rayonnements ionisants chez la faune sauvage (oiseaux), exposée de façon réaliste à un environnement contaminé. Ces données constitueront une contribution majeure pouvant être intégrée dans les critères de protection écologique, alors que ceux-ci sont à l'heure actuelle principalement basés sur des données acquises en conditions contrôlées en laboratoire. De plus, ce projet apportera sans conteste de nouvelles connaissances robustes sur les conséquences écologiques d'une exposition chronique à des radionucléides, pouvant être appliquées au contexte controversé des conséquences environnementales de l'accident de Tchernobyl, 25 ans après la catastrophe.
Résultats : La première partie du projet a été axée sur la caractérisation a priori du risque encouru par  les principales espèces d’oiseaux inféodées à la zone de Fukushima. Dans cet objectif, une cartographie de la dose radiologique est en cours de réalisation, basée sur les cartes publiées par les équipes Japonaises impliquées dans les analyses de la radioactivité dans les sols (campagne du MEXT), ainsi que sur la connaissance des caractéristiques biologiques des différentes espèces d’oiseaux. Elle fera l’objet d’un article dans une revue internationale. 
Par ailleurs, une première campagne de terrain a été réalisée au mois de janvier. Elle a permis de choisir les sites de capture, de façon à couvrir un gradient de contamination radioactive correspondant à des débits dose externe allant de 1 à plus de 10 µGy/h, tout en restant dans un périmètre compatible avec les contraintes logistiques et de radioprotection. Les sites sélectionnés sont ainsi localisées au Nord-Ouest de la centrale dans la zone des 100 km (hors zone d’exclusion). Par ailleurs une analyse des niveaux de débits de dose et la pose de dosimètres passifs ont été réalisées. L’hétérogénéité à moyenne distance (km) a été confirmée, en accord avec les relevés déjà disponibles. Une hétérogéneité à courte distance (10 m ou moins), dépendant de la nature du terrain et du couvert végétal, a aussi été notée.
Une seconde mission est prévue au mois d’avril-mai, afin de suivre la période de reproduction des oiseaux. Cette campagne permettra de prélever des échantillons de sang et de plumes chez les oiseaux et d’affiner les mesures de doses. Les échantillons seront ensuite dosés au sein des différents laboratoires impliqués dans le projet, permettant d’établir des courbes dose-réponse robustes. Les dosimètres seront relevés à cette occasion.
Perspectives : Les perspectives finales du projet sont (1) de disposer de paramètres biologiques critiques utilisables comme signaux d’alerte précoces pour la conservation des populations d’oiseaux et (2) de définir les seuils de dose au-delà desquels un effet biologique significatif est observé, avec à terme des applications en termes de protection radiologique des écosystèmes.
Publications et brevets : Un article est en cours de réalisation présentant la méthode d’établissement de la cartographie a priori du risque radiologique encouru par les principales espèces d’oiseaux ionféodées à la zone de Fukushima. Les résultats obtenus lors de la prochaine campagne de terrain feront également l’objet de plusieurs publications.