Origine de la singularité radioactive des sables de la plage de Trébézy à Saint-Nazaire : apports de la minéralogie et de la chimie des terres rares

En avril 2022, un citoyen a détecté un niveau de radioactivité élevé sur la plage de Trébézy à Saint-Nazaire, commune située à l’embouchure de la Loire : localement, des accumulations visibles de sables colorés roses et noirs émettaient dix fois plus de rayonnement que les sables voisins ocres. Des investigations menées par la CRIIRAD et l’association environnementaliste locale VPBN en 2022 puis par l’IRSN (devenu ASNR au 1er janvier 2025) ont montré que les sables colorés radioactifs se concentraient sur les hauteurs de plage . L’analyse des sables au laboratoire a montré que la radioactivité était attribuable à la présence de deux radioéléments naturels uranium (U) et thorium (Th), ainsi que tous leurs descendants.En milieu estuarien, l’accumulation de minéraux radioactifs en association avec d’autres minéraux lourds est typique de la formation de placers et peut présenter un intérêt économique pour l’exploitation (Ghosal et al., 2020). A Saint-Nazaire, la présence de placers radioactifs avait déjà été documentée et la radioactivité attribuée à la présence de monazites et de zircons (Chauris, 1987). Dans le secteur de Trébézy, les roches à l’affleurement étant constitutives du dôme migmatitique de Saint-Nazaire, lui-même appartenant au domaine Sud-Armoricain du Massif armoricain, l’hypothèse d’un apport proximal par érosion de la falaise littorale a été testée en premier lieu. Ce travail a pour objectif d’identifier les marqueurs de la provenance des minéraux radioactifs à travers une combinaison d’approches : microscopie électronique et micro-analyse élémentaire (MEB-EDS), micro-spectrométrie (FTIR) et analyses chimiques (analyse des terres rares, de Th et U par ICP-MS).Deux campagnes de terrain ont été réalisées en 2023 et 2024 afin de cartographier l’extension de cette singularité sur le plan radiologique, d’examiner le contexte géologique local et de collecter des échantillons de sables et de roches. Les analyses réalisées dans les laboratoires de GEOPS et de l’ASNR montrent que la radioactivité est principalement due à la présence de Th (jusqu’à 1 648 ppm) en comparaison avec U (110 ppm max.). Les sables radioactifs présentent une densité remarquable (jusqu’à 4,1 g.cm–3) correspondant à un mélange de minéraux lourds : les grenats et l’ilménite, peu radioactifs et responsables de la coloration rose et noire des sables, et les monazites, principales phases porteuses de Th dans les sables. Les sables les plus radioactifs contiennent jusqu’à 5 % de monazites. Les monazites sont présentes dans les roches (migmatites) à l’affleurement et surplombant la plage de Trébézy et ses environs, avec des compositions élémentaires en terres rares légères proches de celles des sables. L’érosion de la falaise littorale est donc une source probable d’apport des monazites sur la plage. L’accumulation des sables radioactifs dans des zones localisées de la plage résulterait d’un tri hydraulique des grains aboutissant à la concentration des minéraux les plus denses.Au regard de l’implication citoyenne dans la détection de cette singularité radioactive, les actions menées sur le terrain se sont accompagnées d’un dispositif de dialogue avec les représentants d’associations et les usagers de la plage afin de partager l’état d’avancement des travaux et de restituer les résultats obtenus.