Dossier : Comprendre l’énergie nucléaire

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Décryptages

La radioactivité, un phénomène naturel ou provoqué

La désintégration des noyaux d’un atome dégage des rayonnements, un phénomène appelé radioactivité. Comme les atomes instables sont présents dans toute la matière, nous sommes entourés d’une radioactivité naturelle. S’y ajoute parfois la radioactivité provoquée par l’Homme, que ce soit dans des applications militaires, médicales ou industrielles. Celle-ci est mesurée avec précision et strictement contrôlée pour éviter sa dissémination dans l’environnement et les tissus vivants.

Le personnel intervenant en zone nucléaire porte des dosimètres pour mesurer la quantité de rayonnements à laquelle il est soumis et s’assurer que celle-ci soit inférieure à la norme autorisée. © AFP / KIMIMASA MAYAMA / POOL

On connaît actuellement 118 éléments chimiques, caractérisés par un nombre défini de protonsLes protons sont des particules de charge électrique positive. Ils constituent avec les neutrons le noyau de l’atome. dans leur noyau (Voir le décryptage : « De la chimie au nucléaire, le grand saut de l’énergie »). Ces 118 éléments regroupent quelque 2 800 isotopesLes atomes d’un même élément peuvent comporter un nombre différent de neutrons tout en conservant le même nombre de protons... (même nombre de protons, mais nombre de neutronsLes neutrons sont, avec les protons, les particules constituantes du noyau de l’atome. Ils sont électriquement neutres. différents). Sur ces 2 800 noyaux connus aujourd’hui, seuls 264 sont stables.

Plus de 2 500 : le nombre d’isotopes instables, donc radioactifs, dans la nature

 

Or la nature n’aime pas l’instabilité. Les isotopes instables vont évoluer vers un état de stabilité et se transformer (on dit « se désintégrer ») progressivement en émettant une ou plusieurs particules et des rayonnements électromagnétiques. C'est ce que l'on appelle communément la radioactivitéDécouverte en 1896 par le physicien français Henri Becquerel, la radioactivité est un phénomène naturel.... En d’autres termes, la radioactivité, c’est la quête de la stabilité1.

Au fur et à mesure que les atomesL'atome est le constituant fondamental de la matière, la plus petite unité indivisible d'un élément chimique... se désintègrent, la radioactivité d'un élément diminue. Cela s’appelle la décroissance radioactive. Le temps au bout duquel la radioactivité a diminué de moitié a pour nom la période radioactive. Chaque élément physique a une période qui lui est propre, qui peut varier de quelques fractions de secondes… à des milliards d'années ! La période radioactive de l’oxygène 15 est de deux minutes, celle de l'iode 131 de huit jours, celle du carbone 14 de 5 730 ans et celle de l’uraniumMétal gris, très dense et radioactif, l'uranium est un élément relativement répandu dans l'écorce terrestre et l'eau des océans... 238 de plus de 4,5 milliards d'années.

Un phénomène naturel ou artificiel

Toute matière au sein de l'univers est constituée d'une proportion plus ou moins grande d'atomes radioactifs. Nous vivons donc en permanence dans un environnement qui est naturellement radioactif2. Même le corps humain l’est légèrement (environ 150 becquerels par kilogramme).

La radioactivité naturelle a notamment une origine telluriqueTellurique est un adjectif signifiant "qui est relatif à la terre" ou "qui provient de la terre"..., provenant du sol, et tout particulièrement des régions granitiques. Elle est également d’origine cosmique, en raison de réactions nucléaires dans les hautes couches de l’atmosphère. Ainsi, plus on monte en altitude, notamment lors de voyages en avion, plus on est soumis à la radioactivité. L’air contient aussi des substances radioactives, essentiellement le radonLe radon est un gaz rare, inodore, provenant de la désintégration du radium, (lui-même maillon de la chaîne de désintégration naturelle de l'uranium et du thorium)....

Plus des deux tiers de la radioactivité à laquelle nous sommes exposés chaque année est d'origine naturelle.

Plus des deux tiers de la radioactivité à laquelle nous sommes tous exposés chaque année est d'origine naturelle. Le reste est dû à une radioactivité provoquée par l’Homme3, essentiellement les examens médicaux et le traitement de certaines maladies (28 %) et, pour une très faible part, certaines activités industrielles (centrales à charbon, industries nucléaires ou non nucléaire) ou militaires.

Les différents types de rayonnements

Il existe trois types principaux de rayonnements :

  • les rayonnements Alpha (α), formés de particules comportant deux protons et deux neutrons, dont la portée dans l'air est de quelques centimètres. Ces particules sont arrêtées par une simple feuille de papier ;
  • les rayonnements Bêta (β), formés d'électronsLa matière est composée d'atomes. Un atome comporte un noyau formé de protons (particules de charge électrique positive) et de neutrons..., qui parcourent quelques mètres dans l'air. Il suffit d'une feuille d'aluminium, d'une vitre ou d'une planche de bois pour les arrêter ;
  • les rayonnements Gamma (γ), qui sont des rayonnements électromagnétiques, beaucoup plus pénétrants (ils peuvent parcourir plusieurs centaines de mètres dans l'air) et sont de même nature que les rayons X. De fortes épaisseurs de plomb ou de béton sont nécessaires pour les atténuer.

Les unités de mesure

Les scientifiques ont défini trois niveaux pour mesurer la radioactivité (voir encadré).

Les unités de mesure de la radioactivité

  • L’intensité de la source radioactive est mesurée par le becquerel (Bq). Un Bq correspond à 1 désintégration par seconde (c’est une unité infiniment petite). On utilisait autrefois le curie mais cette unité est aujourd’hui abandonnée.
  • La quantité de radioactivité absorbée par un matériau inerte ou un tissu vivant, mesurée par le gray (symbole Gy). Cette « dose » de radioactivité est la quantité d’énergie absorbée par un kilogramme de matière.
  • La quantité de radioactivité absorbée spécifiquement par un tissu vivant (plante, animal, humain). C’est le sievert (Sv), avec ses sous-unités le millisievert (mSv) et le microsievert (µSv). Pour les rayonnements bêta et gamma, 1 Sv est équivalent à 1 Gy.

 

Les scientifiques ont éprouvé le besoin d’une unité relative à l’irradiation du tissu vivant : le sievert (Sv)Unité de mesure des effets d’un rayonnement radioactif sur un organisme vivant.... En effet, la radioactivité a des effets très importants sur celui-ci. Lors d’une irradiation aigüe, du corps entier, les premiers malaises apparaissent au-delà de 5 000 mSv et la vie est menacée.

Les autorités de sûreté nucléaire des différents pays ont pour mission la protection du public et des intervenants contre les éventuels effets nocifs des rayonnements ionisants. Ces effets se mesurent par le « débit de dose » exprimé généralement en mSv par an. La radioactivité naturelle en France est d’environ 2,4 mSv par an, mais elle atteint 260 mSv dans certaines régions du monde. Il n’est pas possible d’établir de corrélation entre les faibles doses (typiquement <100 mSvt par an) et un excès de probabilité d’apparition de cancers dits radio-induits. La loi française a fixé pour le public des limites strictes à l’irradiation provoquée : 1 mSv par an. Pour un professionnel (travailleur de l’industrie nucléaire ou opérateur médical), elle a été fixée à un niveau plus haut -20 mSv- mais sans danger reconnu. A titre de comparaison, un an à bord d’une station spatiale correspond à une exposition de 100 à 300 mSv.

 

Sources

(1) INRS

(2) Laradioactivité.com

(3) Laradioactivité.com