Radioactivité
La radioactivité, terme inventé vers 1898 par Marie Curie, est un phénomène physique naturel au cours duquel des noyaux atomiques instables se désintègrent en dégageant de l'énergie sous forme de rayonnements divers, pour se transmuter en des noyaux atomiques plus stables. Les rayonnements ainsi émis sont appelés, selon le cas, des rayons alpha, des rayons beta ou des rayons gamma.

Les radionucléides les plus fréquents dans les roches terrestres sont l'isotope 238 de l'uranium (238U), l'isotope 232 du thorium (232Th), et surtout l'isotope 40 du potassium (40K). Outre ces isotopes radioactifs naturels encore relativement abondants, il existe dans la nature des isotopes radioactifs en abondances beaucoup plus faibles. Il s'agit notamment des éléments instables produits lors de la suite de désintégrations des isotopes mentionnés, par exemple de divers isotopes du radium et du radon.

Un des radionucléides naturels les plus utilisés par l'homme est l'isotope 235 de l'uranium (235U) qui se trouve dans la nature en faible concentration (<1 %) associé à l'isotope 238U, mais dont on modifie la concentration par des techniques d'enrichissement de l'uranium pour qu'il puisse servir à la production d'énergie nucléaire civile et militaire.

Un autre radionucléide naturel est le radiocarbone, c'est-à-dire l'isotope 14 du carbone (14C). Ce dernier est constamment produit dans la haute atmosphère par des rayons cosmiques interagissant avec l'azote, et se détruit par désintégrations radioactives à peu près au même taux qu'il est produit, de sorte qu'il se produit un équilibre dynamique qui fait que la concentration du 14C reste plus ou moins constante au cours du temps dans l'air et dans les organismes vivants qui respirent cet air. Une fois un organisme mort, la concentration en 14C diminue dans ses tissus, et permet de dater le moment de la mort. Cette datation au radiocarbone est un outil de recherche très prisé en archéologie et permet de dater avec une bonne précision des objets organiques dont l'âge ne dépasse pas cinquante à cent mille ans.


Les rayonnements alpha, beta et gamma produits par la radioactivité sont des rayonnements ionisants qui interagissent avec la matière en provoquant une ionisation. L'irradiation d'un organisme entraine des effets qui peuvent être plus ou moins néfastes pour la santé, selon les doses de radiation reçues et le type de rayonnement concerné.
                                                                                 Historique

La radioactivité fut découverte en 1896 par Henri Becquerel (1852-1908), lors de ses travaux sur la phosphorescence : les matières phosphorescentes émettent de la lumière dans le noir après expositions à la lumière, et Becquerel supposait que la lueur qui se produit dans les tubes cathodiques exposés aux rayons X pouvait être liée au phénomène de phosphorescence. Son expérience consistait à sceller une plaque photographique dans du papier noir et mettre ce paquet en contact avec différents matériaux phosphorescents. Tous ses résultats d'expérience furent négatifs, à l'exception de ceux mettant en cause des sels d'uranium, lesquels impressionnaient la plaque photographique à travers la couche de papier. Cependant, il apparut bientôt que l'impression de l'émulsion photographique n'avait rien à voir avec le phénomène de phosphorescence, car l'impression se faisait même lorsque l'uranium n'avait pas été exposé à la lumière au préalable. Par ailleurs, tous les composés d'uranium impressionnaient la plaque, y compris les sels d'uranium non phosphorescents et l'uranium métallique. À première vue, ce nouveau rayonnement était semblable au rayonnement X, découvert l'année précédente (en 1895) par le physicien allemand Wilhelm Röntgen (1845-1923). Des études ultérieures menées par Becquerel lui-même, ainsi que par Marie Curie-Sk?odowska (1867-1934) qui, sur le conseil de son mari Pierre Curie (1859-1906), fit de la radioactivité le sujet de sa thèse de doctorat, ou encore par Ernest Rutherford (1871-1937) et d'autres hors de la France, montraient que la radioactivité est nettement plus complexe que le rayonnement X. En particulier, ils trouvaient qu'un champ électrique ou magnétique sépare les rayonnements « uraniques » en trois faisceaux distincts, qu'ils baptisaient alpha, beta et gamma. La direction de la déviation des faisceaux montrait que les particules alpha étaient chargées positivement, les beta négativement, et que les gamma étaient neutres. En outre, la magnitude de la déflection indiquait nettement que les particules alpha étaient bien plus massives que les beta.

En faisant passer les rayons alpha dans un tube à décharge et en étudiant les raies spectrales ainsi produites, on pouvait conclure que le rayonnement alpha est constitué d'hélions, autrement dit de noyaux d'hélium (4He). D'autres expériences permettaient d'établir que les rayons beta sont composés d'électrons comme les particules dans un tube cathodique, et que les gamma sont, tout comme les rayons X, des photons très énergétiques. Par la suite, on découvrit que de nombreux autres éléments chimiques ont des isotopes radioactifs. Ainsi, en traitant des tonnes de pechblende, une roche uranifère, Marie Curie réussit à isoler quelques milligrammes de radium dont les propriétés chimiques sont tout à fait similaires à celles du baryum (les deux sont des métaux alcalino-terreux), mais qu'on arrive à distinguer à cause de la radioactivité du radium.
« Poudre Tho-Radia, à base de radium et thorium, selon la formule du Dr Alfred Curie… »
« Poudre Tho-Radia, à base de radium et thorium, selon la formule du Dr Alfred Curie… »

Les dangers de la radioactivité pour la santé ne furent pas immédiatement reconnus. Ainsi, Nikola Tesla (1856-1943), en soumettant volontairement en 1896 ses propres doigts à une irradiation par des rayons X, constata que les effets aigus de cette irradiation étaient des brûlures qu'il attribua, dans une publication, à la présence d'ozone. D'autre part, les effets mutagènes des radiations, en particulier les risques de cancer, ne furent découverts qu'en 1927 par Hermann Joseph Muller (1890-1967). Avant que les effets biologiques des radiations ne soient connus, des médecins et des sociétés attribuaient aux matières radioactives des propriétés thérapeutiques : le radium, en particulier, était populaire comme tonifiant, et fut prescrit sous forme d'amulettes ou de pastilles. Marie Curie s'est élevée contre cette mode, arguant que les effets des radiations sur le corps n'étaient pas encore bien compris. Durant les années 1930, les nombreuses morts qui ont semblé pouvoir être reliées à l'utilisation de produits contenant du radium ont fait passer cette mode.
Symbole signalant une source de rayons ionisants,
« Poudre Tho-Radia, à base de radium et thorium, selon la formule du Dr Alfred Curie… »


La désintégration d'un noyau radioactif peut entrainer l'émission de rayonnement Alpha, Beta- ou Beta+. Ces désintégrations sont souvent accompagnées de l'émission de photons de haute énergie ou rayons gamma, dont les longueurs d'onde sont généralement encore plus courtes que celles des rayons X, étant de l'ordre de m  ou inférieures. Cette émission gamma  résulte de l'émission de photons lors de transitions nucléaires : du réarrangement des charges internes du noyau nouvellement formé, ou bien de la couche profonde du cortège électronique perturbé, à partir de niveaux d'énergie excités avec des énergies mises en jeu de l'ordre du MeV.
Les transformations nucléaires
Le rayonnement Alpha est arrêté par une feuille de papier.
Le rayonnement Beta est arrêté par une feuille d'aluminium.
Le rayonnement Gamma est arrêté par de grandes épaisseurs de matériaux denses, comme le plomb.
                                                      Origines de la radioactivité

  • Radioisotopes

La radioactivité a principalement pour origine les radioisotopes existants dans la nature et produits lors des explosions des supernovas. On trouve des traces de ces éléments radioactifs et de leurs descendants dans notre environnement : un roc de granite contient des traces d'uranium qui, en se désintégrant, émettent du radon.

La radioactivité naturelle des atomes de notre corps se traduit aussi par environ 8 000  désintégrations par seconde (8 000 Bq), qui font 252 milliards par an sur les quelque 1027 atomes de notre corps. Le risque d'altération d'un atome est donc de 0,25×10-17. L'exposition naturelle à la radioactivité représente 2,5 mSv sur le total de 3,5. Cette dose peut varier de 1 à 40 mSv, selon l'environnement géologique et les matériaux d'habitation.

  • Rayons cosmiques

La Terre est en permanence soumise à un flux de particules primaires de haute énergie en provenance de l'espace et du soleil, les rayons cosmiques. Le champ magnétique terrestre dévie la majeure partie d’entre elles. L’atmosphère n'absorbant qu’une partie de ces particules de haute énergie, une fraction de celle-ci atteint le sol, voire, traverse les couches rocheuses.

Ce rayonnement extraterrestre entraine par un phénomène de spallation la production de particules radioactives secondaires (voires tertiaires) à partir des noyaux plus lourds présent dans la haute atmosphère. Ce phénomène est à l'origine, entre autre, de la production de carbone 14 sur notre planète.

La part due au rayonnement cosmique représente environ 0,40 mSv au niveau de la mer, mais double à 1 500 m d'altitude.

  • Radioactivité environnementale


Le rayonnement tectonique dû aux roches (uranium, thorium et descendants) est de 0,40 mSv, mais il peut être dix fois plus important dans des régions granitiques comme la Forêt-Noire en Allemagne ou la Bretagne et le Massif central en France, en particulier à cause d'un gaz radioactif, le radon.

Le radon est un gaz issu de la decomposition de l'uranium naturellement contenu dans les sols. Dans certaines regions, il est souvent present dans les habitations mal ventilées (rez-de-chaussés et caves). La radioactivité du radon est la deuxième source de décés par cancer du poumon aux États-Unis juste derrière le tabac.

  • Radioactivité produite par l'Homme

Une source majeure de rayonnements ionisants potentiellement dangereux est le résultat de l'activité humaine : irradiation médicale (rayons X), combustibles et déchets de l'industrie nucléaire, retombées d'essais nucléaires, recherche en physique des particules, environnement irradié suite à un accident nucléaire ou un conflit, etc.

Note : Radioactivités « naturelle » et « artificielle »

On parle parfois, par abus de langage, de « radioactivité naturelle » pour désigner le bruit de fond radioactif, dû notamment au rayonnement de fond cosmique et à des sols radioactifs comme le granit.

A contrario, on parle parfois de « radioactivité artificielle » pour désigner la radioactivité due à des sources produites par les activités humaines : éléments transuraniens synthétiques, concentrations artificiellement élevées de matières radioactives, production artificielle de rayonnement Gamma (dans un accélérateur de particules par exemple) ou de rayons X (radiographies).

Physiquement, il s'agit exactement du même phénomène.
Radioprotection
Risque Sanitaire

Les conséquences de la radioactivité sur la santé sont complexes. Le risque pour la santé dépend non seulement de l'intensité du rayonnement et la durée d'exposition, mais également du type de tissu concerné — les organes reproducteurs sont 20 fois plus sensibles que la peau. Les effets sont différents selon le vecteur de la radioactivité :

  •      exposition à des rayonnements ionisants par une source radioactive à distance
  •      contamination radioactive si l'on avale ou l'on respire un produit radioactif

Les normes internationales, basées sur les conséquences épidémiologiques de l'explosion des bombes d'Hiroshima et Nagasaki, partent du principe que le risque pour la santé est proportionnel à la dose reçue et que toute dose de rayonnement comporte un risque cancérigène et génétique (CIPR 1990).

La règlementation pour la protection contre les radiations ionisantes est basée sur trois recommandations fondamentales :

   1. Justification : on ne doit adopter aucune pratique conduisant à une irradiation à moins qu'elle ne produise un bénéfice suffisant pour les individus exposés ou pour la société, compensant le préjudice lié à cette irradiation.
   2. Optimisation : l'irradiation doit être au niveau le plus bas que l'on peut raisonnablement atteindre.
   3. Limitation de la dose et du risque individuels : aucun individu ne doit recevoir des doses d'irradiation supérieures aux limites maximum autorisées.

De récentes études de l'IRSN ont montrées que les effets de la contamination radioactive chronique, même à des faibles doses, ne sont pas négligeables, et pourraient provoquer différentes pathologies atteignant certaines fonctions physiologiques (système nerveux central, respiration, digestion, reproduction).
Dose Radioactive

L'environnement naturel émet un rayonnement inférieur 0,00012 mSv?h-1. L'exposition peut devenir dangereuse à partir de 0,002 mSv?h-1, selon le temps auquel on y est soumis.

Les doses actuellement tolérées dans les différents secteurs contrôlés des centrales nucléaires françaises sont

  •      zone bleue : de 0,0025 à 0,0075 mSv.h-1
  •      zone verte : de 0,0075 à 0,02 mSv.h-1
  •      zone jaune : de 0,02 à 2 mSv.h-1
  •      zone orange : de 2 à 100 mSv.h-1
  •      zone rouge : > 100 mSv.h-1


Dose Equivalente

La dose équivalente est la mesure de dose cumulée d'exposition continue aux radiations ionisantes durant une année, avec des facteurs de pondération. Jusqu'en 1992, les doses équivalentes n'étaient pas mesurées de la même façon en Europe et aux États-Unis ; aujourd'hui ces doses sont standardisées.

La dose cumulée d'une source radioactive artificielle devient dangereuse à partir de 500 mSv (ou 50 rem), dose à laquelle on constate les premiers symptômes d'altération sanguine. En 1992, la dose équivalente maximale (dem) pour une personne travaillant sous rayonnements ionisants était fixée à 15 mSv sur les 12 derniers mois en Europe (CERN et Angleterre) et à 50 mSv sur les 12 derniers mois aux États-Unis. Depuis août 2003, la dem est passée à 20 mSv sur les 12 derniers mois.

Lors d'un scanner médical, le patient reçoit une dose de 0,05 mSv à 15 mSv suivant les organes. Pour éviter tout symptôme d'altération sanguine, on se limite à un maximum de trois examens de ce type par an.
Irradiation

En France, la réglementation fixe les limites annuelles de radiation à 20 mSv (2 rem) pour les travailleurs et à 1 mSv (0,1 rem) pour la population.

Les facteurs qui protègent des radiations sont :

    * Distance (éviter de mettre la tête sur la source),
    * Activité (réduire au mieux le ddd),
    * Temps (rester le moins longtemps près de la source),
    * Écran (plomber, immerger, bétonner, … la source).

Certains comportements sont susceptibles d'entrainer une surexposition à la radioactivité : un patient qui effectue 5 radiographies aux rayons X subit une dose d'environ 1 mSv ; les passagers et les pilotes des avions de ligne, et les astronautes en orbite, subissent aussi de l'ordre d'1 mSv lors d'une éruption solaire très intense. S'ils répètent ces voyages ou effectuent des missions de longues durées, une exposition prolongée accroît le risque d'irradiation.
Article détaillé : Irradiation.

Contamination radioactive

En zone contaminée par des poussières radioactives, on se protège par une hygiène très stricte : nettoyage des surfaces de travail, précautions pour éviter de soulever la poussière, tenues de protection adéquates, confinement et isolation des particules dangereuses.

Alimentation

La Communauté européenne a fixé des doses de radioactivité à ne pas dépasser dans les aliments : le lait ne doit pas dépasser 500 Bq/l pour l'iode 131. Dans certains länder allemands, les normes sont beaucoup plus sévères (100 Bq/l en Sarre, 20 Bq/l en Hesse et Hambourg).
Principaux éléments radioactifs
  •     curium 242Cm et 244Cm
  •     américium 241Am
  •     plutonium 239Pu et 241Pu
  •     uranium 235U et 238U
  •     thorium 234Th
  •     radium 242Ra
  •     polonium 210Po
  •     césium 134Cs, 135Cs et 137Cs
  •     iode 129I, 131I et 133I
  •     antimoine 125Sb
  •     ruthénium 106Ru
  •     strontium 90Sr
  •     krypton 85Kr et 89Kr
  •     sélénium 75Se
  •     cobalt 60Co
  •     chlore 36Cl
  •     soufre 35S
  •     phosphore 32P
  •     carbone 14C 13C
  •     tritium 3H

1/ Quels sont les risques encourus lors d'une radiation ?

Les matières radioactives sont constituées d'atomes instables, qui, en se désintégrant, émettent des radiations. Ces radiations perturbent le fonctionnement des cellules vivantes. Elles sont d'autant plus dangereuses que nos sens ne peuvent les détecter.

Une irradiation très forte tue les cellules et provoque des brûlures radioactives, la maladie et souvent la mort.

Un niveau d'irradiation moins élevé entraîne des mutations dont les effets sont peu prévisibles. Certaines personnes souffriront de cancers, ou donneront naissance à des enfants atteints de malformations. Les effets se manifestent souvent de nombreuses années après l'irradiation !


En cas d'irradiation encore plus faible, les scientifiques sont en désaccord quant aux effets. Certains scientifiques, et en particulier ceux associés à l'industrie nucléaire, prétendent que des radiations faibles sont inoffensives pour la santé. D'autres considèrent que l'étendue des risques reste mal connue, car on continue de découvrir des effets inattendus de la radioactivité.

Par conséquent, "toute dose de rayonnement comporte un risque cancérigène et génétique".

2/ Que sait on sur les dangers de la radioactivité sur notre santé ?

Les rejets radioactifs des centrales sont censés ne pas être dangereux. Mais aucune réelle étude n'est menée. Certaines enquêtes indépendantes ont révélé une augmentation avérée des taux de leucémies autour de La Hague, mais ces résultats ont été attribués au hasard.

On décrit souvent la radioactivité naturelle comme dépourvue d'effets sanitaires. Pourtant, le radon (gaz radioactif naturel) est la 2e cause de cancer du poumon après le tabac.

Bien qu'aucune dose ne soit inoffensive, des seuils sont admis par les normes internationales.

L'exposition à la radioactivité artificielle (y compris les essais nucléaires) a induit de nombreux cancers dans le monde.

Les données officielles des Nations Unies parlent de 1,17 millions de morts depuis 1945.

Le Comité européen sur les risques de radiation, qui utilise des méthodes d'évaluation qu'il estime plus réalistes, annonce le chiffre de 61,1 millions de morts.

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