?D'où vientla radioactivité?

La matière est constituée de grains infiniment petits appelés"atomes". Ces atomes sont eux-mêmes formés d’un noyauautour duquel gravitent des électrons. Certains noyaux sontstables, leur durée de vie est infinie.D’autres noyaux sont instables, c’est-à-dire qu’ils se modifientspontanément en émettant un ou plusieurs rayonnements. On ditalors qu’ils sont radioactifs. De cette manière, le polonium 210radioactif se transforme spontanément en plomb 206 stable.Certains éléments possèdent à la fois des isotopes* stables et desisotopes instables. C’est par exemple le cas du carbone :le carbone 12, le plus courant, est stable, alors que le carbone 14est radioactif. D’autres éléments (28 sur les 109 connus actuel-lement) n’existent que sous forme d’isotopes radioactifs. Il s’agitpar exemple de l’uranium, du plutonium et du radium.

* Les isotopes d’un élément ont des propriétés chimiques identiques, mais diffèrentpar leur masse atomique.

La radioactivité fait partie de lavie de l’univers. Sans aucuneintervention humaine, elle est

présente partout. L’atmosphèreet la croûte terrestre contiennent

des éléments radioactifs.Depuis la production, en 1934,

du premier noyau radioactifartificiel, une part de la radioac-

tivité globale est d’origineartificielle. Les rayonnements

émis par les radioélémentsartificiels sont exactement du

même type que ceux émis parles radioéléments naturels.

la radioactivité?Qu’est-ce que

La radioactivité a été découverte en 1896 par Henri Becquerel qui effectuait des recherches surles rayonnements X mis en évidence peu auparavant par Wilhelm Röntgen. En 1898, Pierre et MarieCurie découvrent le radium et proposent le nom de “radioactivité” pour décrire le phénomène des

rayonnements. En 1934, Irène et Frédéric Joliot-Curie créent la radioactivité artificielle.

Histoire

?L'activité radioactive d'un échantillon est déterminée par lenombre de noyaux qui s'y transforment en une seconde.Elle diminue avec le temps, suivant une courbe de décrois-sance radioactive. Cette courbe permet de définir la pério-de radioactive de l'élément, qui correspond au temps aubout duquel l'activité de l'échantillon a diminué de moitié.

Qu'est-ce quela période radioactive ?

70%de laradioactivitéà laquellel’homme estexposé estnaturelle

30%de laradioactivitéà laquellel’homme estexposéprovient desapplications desrayonnementsionisants

Dès la formation de la Terre, il y a environ cinq milliards d’années, la matière était constituéed’éléments radioactifs et d’éléments stables. Depuis, la radioactivité n’a cessé de décroître puisquede nombreux atomes radioactifs se sont transformés pour l’essentiel en éléments stables.Certains continuent leur mutation, alors que d’autres se forment toujours.La radioactivité naturelle est également présente dans les organismes vivants : les tissus organiqueset les os contiennent des éléments indispensables à la vie qui possèdent des isotopes radioactifs,comme le potassium 40 ou le carbone 14.

La radioactivité naturelle provient essentiellementde quatre sources :

LES RAYONNEMENTS COSMIQUESviennent du soleil et de l’espace. Ils varient avec la latitude et surtout avec l’altitude : l’exposition passe de0,5 mSv (millisievert) par an et par personne au niveaude la mer à 1,7 mSv par an et par personne à 4 000 md’altitude.

LES RAYONNEMENTS TELLURIQUESsont émis par de nombreux éléments radioactifsprésents dans l’écorce terrestre, comme l’uranium et lethorium. Ils varient selon la nature du sol et changentainsi d’une région à l’autre : l’exposition passe de0,5 mSv par personne et par an en moyenne dans le BassinParisien à 1 mSv en Bretagne ou dans le Massif Centralcontre 8 à 17,5 mSv dans certaines régions du Brésil.

L’AIR AMBIANTdiffuse des émanations de radon, un gaz radioactif quiprovient de la désintégration de l’uranium présent dansl’écorce terrestre. Ce gaz, ainsi que les produits quien dérivent, se fixe dans les voies respiratoires.L’«équivalent de dose» moyen dans les maisons fran-çaises est de 1,3 mSv par personne et par an. Il estvariable selon la nature du sol, les matériaux deconstruction et la ventilation.

L’IRRADIATION MÉDICALEconstitue la source d’exposition la plus importante du fait du développement de laradiothérapie, de la médecine nucléaire et des cures thermales (certaines eauxminérales sont riches en radium et en thorium). Dans les pays les plus industrialisés,une personne reçoit chaque année un équivalent de dose de 1,8 mSv. La moyennemondiale est de 0,6 mSv par an et par personne.

LES APPLICATIONS TECHNIQUES ET INDUSTRIELLESconstituent également une source de radioactivité. Les industries minières extrac-tives, les retombées atmosphériques des essais militaires ou, plus quotidiennement,l’exposition aux rayonnements émis par les téléviseurs ou les écransinformatiques, entraînent un équivalent de dose de 0,1 mSv par personne et par an.L’ensemble des filières de production d’électricité d’origine nucléaire compte pourmoins de 0,01 mSv par personne et par an.

LES ALIMENTS ET LES BOISSONSabsorbés contiennent des éléments radioactifs. Aprèsingestion, ces éléments viennent se fixer dans lestissus et les os. Ainsi, l’organisme humain compte enmoyenne 4 500 Bq (becquerel) en potassium 40 et3 700 Bq en carbone 14. L’irradiation interne repré-sente en moyenne 0,2 mSv par personne et par an.

Exemples de périodes radioactivesuranium 238 4,47 milliards d’annéesuranium 235 704 millions d’annéescarbone 14 5730 ansradium 226 1600 anscésium 137 30,2 anscobalt 60 5,27 ansphosphore 30 2,55 minuteshélium 6 0,82 seconde

100%Activité

Temps1 période 2 périodes 3 périodes

50%

25%

12,5%

Courbe dedécroissance

radioactive

Les applications des rayonnements ionisants sont multiples

Les effets dela radioactivité sur l’organisme

LES MESURES DE LA RADIOACTIVITÉ

La radioactivité est un phénomène quantifiable. Il existe troisunités de mesure internationales. Chacune se rapporte à desdonnées de nature différente :

• l’activité radioactive se mesure enbecquerel (Bq). Elle permet de quantifierle nombre de désintégrations de noyauxradioactifs qui se produisent chaque secondedans un échantillon. Ainsi, environ 9 000atomes se désintègrent chaque seconde dansle corps d’une personne de 70 kg : son activitéest donc de 9 000 Bq. L’ancienne unité est lecurie, qui vaut 37 milliards de becquerels.

• la quantité de rayonnementsabsorbés par un organisme ou un objetexposé aux rayonnements se mesure en gray(Gy). C’est une mesure d’énergie représen-tant 1 joule par kilogramme de matière. Ainsi,dans la région du Massif Central, un objet ou

un organisme absorbe 200 milliardièmes degray par heure. Le gray a remplacé le rad(1/100e de gray) en 1986.

• les effets biologiques des rayon-nements sur l’organisme exposése mesurent en sievert (Sv). C’est uneunité de radioprotection. Elle s’exprime en“équivalent de dose” et prend en compte lescaractéristiques du rayonnement et de l'organeirradié. Le sievert a remplacé le rem (1/100ede Sv) en 1986. Le millisievert (mSv), oumillième de sievert, est très souvent utilisé. Dansle monde, l’“équivalent de dose” dû à l’expo-sition naturelle se situe, en moyenne, à 2,4 mSvpar an et par personne.

Le phénomène d’ionisation

Les rayonnements alpha, bêta, gamma et Xperturbent l’organisation de la matière vivante. Lesatomes placés sur leurs trajectoires peuvent perdre unou plusieurs électrons. Ces atomes se transforment alorsen “ions” qui, chargés électriquement, vont à leur tourperturber l’organisation des molécules ou des cellulesdont ils sont les constituants. Voilà pourquoi les rayon-nements radioactifs sont dits “ionisants”. Ce phénomèned’ionisation est le principal mécanisme par lequel la radio-activité agit sur la matière. La radioactivité est détectéeet mesurée grâce à des appareils (compteurs Geiger,chambres d’ionisation, scintillateurs) ou des dispositifs(films photographiques) qui utilisent les propriétés desrayonnements. Ces mesures atteignent une très grandeprécision. La radioactivité naturelle n'a pas d'effetdécelable : elle n'entraîne pas de dommages sani-taires apparents et l’organisme l'intègre comme uncomposant naturel du processus biologique.

Les effets pathologiques desrayonnements

La connaissance des effets provoqués par laradioactivité vient de l’analyse de cas réels d’irradiationsur des personnes accidentellement exposées oumédicalement traitées, d’enquêtes épidémiologiquessur des populations fortement exposées (survivantsd’Hiroshima et de Nagasaki par exemple) et d'études

expérimentales. Une échelle des risques liés à laradioexposition a ainsi été élaborée.

• Les effets précoces des rayonnements ionisantsIls sont observables seulement en cas d'expositionà des doses fortes de rayonnements et à partir d'uncertain seuil (0,2 sievert). Ils varient suivant la dose reçue,depuis la modification passagère de la formulesanguine sans signe clinique (vers 0,3 sievert) jusqu'àla dose mortelle au-delà de toute ressource théra-peutique (au-dessus de 15 sieverts).

• Les effets tardifs des rayonnements ionisantsLes rayonnements agissent en particulier sur les molé-cules d'ADN et peuvent entraîner l'apparition d'effetspathologiques différés (cancer, leucémie, altérations géné-tiques). Ces effets sont aléatoires, c'est-à-dire qu'ilsn'apparaissent pas systématiquement. Il est usuellementconsidéré que la probabilité de leur apparition estproportionnelle à la dose délivrée de rayonnement(plus la dose est faible, plus la probabilité d'apparitiond'un cancer est faible). Partant de cette approche, lesinstances institutionnelles de radioprotection ont, parmesure de prudence, fixé des niveaux limites d'expo-sition à la radioactivité artificielle très bas : 1 millisievertpar an sur le public et 20 millisieverts par an pour les profes-sionnels travaillant dans le domaine du nucléaire. Ceslimites sont respectivement 1000 et 50 fois inférieuresaux doses entraînant les premiers signes observablesde pathologie précoce.

Les effets des rayonnements sur l’organisme sont très variables selon la dosereçue, le temps et le mode d’exposition, et la nature du radioélément impliqué.Les voies d’atteinte sont l’irradiation externe et la contamination. Lorsqu’il setrouve sur la trajectoire des rayonnements, l’homme est irradié. Il est contaminés’il touche, respire ou avale une substance radioactive.

Gray (Gy)Quantité d’énergie reçue par l’objet irradié

Sievert (Sv)Effets des rayonnements sur l’organisme

(s’expriment en “équivalent de dose”)

Becquerel (Bq)Nombre de désintégrations par seconde

L’observation de règles strictes permet de se protéger del’irradiation et de la contamination par des sources radioactives.

Pour se protégerde la radioactivité

Trois types de protectionpeuvent être mis en place

La distance mise entre l’organisme etla source radioactive est la première desmesures de sécurité. Une zone de sécu-rité est ainsi délimitée autour des sitesexposés et toutes les manipulations s’yeffectuent à distance.

La durée d’exposition aux rayonne-ments est contrôlée dans les zones expo-sées. La nocivité des rayonnements dépendde la dose reçue, qui augmente avec ladurée d’exposition.

Des écrans de protection en plomb,en métal ou en béton d’épaisseur adaptéestoppent les rayonnements. Quelquesmètres d'eau constituent également uneprotection efficace. Le port de scaphan-dres de protection isole les professionnelsdu risque de contamination par dessources radioactives non scellées.

Une stricte réglementation

L’objectif de la radioprotection est d’em-pêcher toute personne d’être exposée àdes doses excessives de radioactivité.

Les limites de dose ont été fixées à destaux volontairement très bas afin d’êtredes limites de sécurité et non des limitesde danger. Elles concernent aussi bienle public que les professionnels travaillantdans les secteurs d’utilisation de l’énergienucléaire (hôpitaux, centrales nucléaires...).Les doses délivrées sont systémati-quement contrôlées et mesurées. Desdosimètres individuels permettent dedéterminer la dose reçue par chaquepersonne travaillant en milieu à risque.Des mesures des niveaux de radioacti-vité de l’environnement sont réalisées auxalentours des installations où sont mani-pulés des produits radioactifs et lesdoses reçues par le public sont évaluées.

Des organismes scientifiques inter-nationaux, comme la Commission inter-nationale de protection radiologique(CIPR) ou le Comité scientifique desNations Unies sur les effets des rayon-nements (UNSCEAR), ou nationaux dépen-dant des pouvoirs publics, sont chargésd’édicter des recommandations ou deveiller à l’application stricte des régle-

mentations et au respect des normes deprotection. C’est le rôle de la Directiongénérale de la sûreté nucléaire et dela radioprotection (DGSNR) qui atrois ministères de tutelle (Industrie,Environnement et Santé).

La sécurité des installationsnucléaires

En France et dans la plupart des pays dumonde, les installations nucléaires sontconçues en fonction du risque qu’ellespeuvent entraîner et construites dans unsouci de sécurité maximale. Les centralesnucléaires en particulier sont dotées detrois barrières successives de confine-ment : la gaine métallique du combus-tible, la cuve en acier qui abrite le coeurdu réacteur et son circuit de refroidis-sement, l'enceinte de béton entourantégalement le coeur et destinée à contenirles produits radioactifs.La centrale de Tchernobyl n’était paséquipée d’une enceinte de confinement.En revanche, à la centrale de Three MileIsland aux Etats-Unis, en 1979, unefusion partielle du coeur et une conta-mination importante à l’intérieur de l’en-ceinte de confinement n’ont pas eu deconséquences dommageables à l’ex-térieur du site.

Les rayons peu pénétrantssont les rayons alpha (α).

Ils résultent de l’expulsion d’un noyaud’hélium, de charge positive (2 protonset 2 neutrons). Leur portée dans l’airest de 2,5 cm à 8,5 cm. Une feuille depapier ou la couche externe de la peaules arrêtent.

Les rayons bêta (β) sontplus pénétrants.

I ls résultent de l’expulsion d’unélectron. Leur portée dans l’air est dequelques mètres. I ls peuventtraverser la couche superficielle de lapeau. Une feuille d’aluminium ou unevitre les arrêtent.

Les rayons très pénétrantssont les rayons gamma (γ).I ls résultent de l’expulsion d’unphoton. Ils sont de nature électro-magnétique, comme la lumière ou lesrayons X. Ils voyagent à la vitesse dela lumière. De fortes épaisseurs dematériaux compacts (béton, plomb…)sont nécessaires pour les arrêter.

LES RAYONNEMENTS RADIOACTIFSLors de leur désintégration nucléaire, les radioéléments émettent des rayonnements.Ces rayonnements, de nature très différente, se classent selon leur pouvoir de pénétrationdans la matière.

β γα

D i s t a n c e E c r a n

D u r é e

Les utilisationsde la radioactivité

Dans le domainemédical

Le radiodiagnostic permetd’explorer le corps humain et dedépister certaines maladies. Leprincipe consiste à injecter dansl’organisme certains radioélémentset à observer leur parcours et leur comportement. On parvient ainsi àétablir avec précision la morpho-logie des organes examinés et àdéceler les anomalies anato-miques et de fonctionnement.

La médecine nucléaire faitappel à de nombreuses techniques liées aux propriétés dela radioactivité. L’examen parscintigraphie permet de visualisersur ordinateur les informationsrecueillies par des détecteurs trèsperfectionnés comme les gamma-caméras. L’examen par caméra à émission de positons permet demettre en évidence les processuscomplexes de fonctionnementde certains organes, en suivant lamanière dont sont métabolisésdes radioéléments qui ont été injectés au patient.

La radiothérapie utilise l’éner-gie des rayonnements ionisantspour détruire les cellules cancé-reuses. Ces rayonnementspeuvent être appliqués de l’exté-rieur par radiothérapie transcuta-née (“bombe” au cobalt 60) ou del’intérieur par endo-curiethérapie(au moyen d’aiguilles implantéesprès de la tumeur). En France,30 000 cancers sont guérischaque année par radiothérapie.

Dans le domaineindustriel

La production d’électricitéAujourd’hui, 17% de l’électricitémondiale est produite par les cen-trales nucléaires. En France, prèsde 80% de l’électricité est d’origi-ne nucléaire.

La radiographie industriellesert à radiographier des piècesmétalliques et à vérifier des sou-dures. Cette gammagraphie estlargement utilisée en métallurgieou en aéronautique.

Les jauges à radio-isotopesmesurent l’intensité d’un rayonne-ment à la source et à l’arrivée.Elles permettent de jauger leniveau d’un liquide (vérification duremplissage d’un réservoir, d’unsilo) ou de contrôler l’épaisseur, ladensité ou l’homogénéité d’unmatériau.

Les détecteurs à ionisationpermettent de mettre en évidencela présence de différents gaz dansl’air ambiant. Leur utilisation estmultiple (détecteurs d'incendie,dosage du grisou dans les mines).

L’irradiation industriellepermet d’élaborer des matériauxplus résistants et plus légers. Sesapplications sont nombreuses enmédecine et dans l’industrie(prothèses plus légères, câblesélectriques plus résistants).

Les traceurs industrielsservent à détecter les fuites deliquide ou de gaz dans les canali-sations enterrées ou inaccessiblesgrâce à la propriété qu’ont lesradioéléments d’être détectésd’une façon extrêmement précise.Ils permettent aussi d’étudier lesparcours souterrains de l’eau oudes polluants éventuels et desuivre les mouvements des sableset des vases lors de l’étude desports et des estuaires.

Dans le domaineagro-alimentaire

L’ionisation des produitsagro-alimentaires (pommes deterre, oignons, fraises...) par desrayons gamma, des faisceauxd’électrons ou des rayons X,permet d’obtenir de meilleuresconditions de conservation : arrêtde la germination, destruction des parasites et des micro-organismes. Cette technique,d’utilisation courante dans denombreux pays dont la France,ne rend pas le produit radioactifet n’altère pas sa qualité nutritive.

L’amélioration des culturesest possible par "radiomuta-génèse" : l’exposition de plantes(blé, orge, riz...) aux rayonsgamma provoque la mutation decertains de leurs gènes.On sélectionne ensuite les sou-ches mutantes les plus résistan-tes aux maladies ou aux intempé-ries ou encore celles qui sontadaptées à un sol défavorable.

Des traitements irradiantsont été mis au point pour stérilisercertains types d’insectes mâles(mouches tsé-tsé..) afin de proté-ger les hommes et les cultures :la population des insectes nuisi-bles diminue ainsi progressive-ment par radiostérilisation, sans utilisation d’insecticides.

Dans le domaineculturel

La datation au carbone 14en archéologie est l’applicationpratique de la règle de décrois-sance radioactive. Cette propriétépermet de calculer le moment oùle radioélément a été incorporé àl’échantillon que l’on souhaitedater. Le carbone 14, le thorium232 et le potassium 40 permettentde dater des fossiles, des osse-ments ou des minéraux dont lesâges peuvent atteindre 1 milliardd’années.

La conservation du patri-moine a recours à des traitementspar irradiation aux rayons gammaqui éliminent les insectes, leschampignons ou les bactériesresponsables de dégradationssouvent irréversibles (la momie deRamsès II a bénéficié d’un teltraitement en 1976).Les traitements par imprégnationd’une résine, durcie sous l’effetdes radioéléments, permettentégalement de consolider lesmatériaux constitutifs de l’œuvreà restaurer.

Schéma de la réactionen chaîne

La multiplication des fissionsengendre de grandes quantités d'énergie.

Exemples deniveaux d’irradiation(exprimés en mSv/personne/an)

Les Rayonnements nucléaires, par Pierre Radvanyi. Collection Que-sais-je ? Presses Universitaires de France.

L’Energie, par Jean-Louis Bobin. Collection Dominos, Flammarion.

Radiologie et radioprotection, par Maurice Tubiana. Collection Que-sais-je ? Presses Universitaires de France.

La Radioactivité et ses applications, par Maurice Tubiana et Robert Dautray. Collection Que-sais-je ? Presses Universitaires de France.

Irradiation moyenne due aux centrales nucléaires en France 0,01 mSv

Irradiation entraînée par un vol Paris-New-York 0,02 mSv

Irradiation entraînée par une radiographie des poumons 0,3 mSv

Irradiation due à la radioactivité naturelle en France 1 à 2 mSv

Irradiation globale (naturelle + artificielle) de la population française 2 à 3 mSv

Irradiation naturelle globale de la population mondiale 2,4 mSv

Traitementset examens

médicauxradiologiques

Retombéesatmosphériques

(essais aériens : 2,5%,industrie et nucléaire: 0,5%)

29%

3%

Matériaux terrestres

12%Rayons cosmiques

10%

Corps humain

Radioactivité naturelle

Radioactivité artificielle

9%

Radon(gaz d'origine naturelle)

37%

Répartition en France desdifférentes sources d’exposition

Exemplesd’activité naturelle

Pour en savoir plus

Eau de pluie :0,3 à 1 Bq par litre

Eau de mer :10 à 13 Bq par litre

Corps humain :environ 130 Bq par kilo

Eau minérale :jusqu’à 6 Bq par litre

Lait :50 à 80 Bq par litre

1 gramme de radium :37 milliards de Bq

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