La radioactivité c'est quoi ?

Exposé de tout temps à la radioactivité naturelle provenant de radioéléments stellaires produits il y a des milliards d’années, l’être humain ignore son existence jusqu'en 1896 lorsqu’elle fut observée pour la première fois lors de la découverte des rayons uraniques. Partie intégrante de notre environnement depuis toujours, la radioactivité n’est donc pas une invention de l’homme.

Toute matière est faite d’atomes et au coeur de ces atomes, un noyau jusqu’à 100.000 fois plus petit et le plus souvent stable. Cependant, étant donné que tous les noyaux ne sont pas stables, c’est au sein de ceux dits instables que se produit la radioactivité suite à une transformation spontanée.

Depuis la découverte de ce phénomène naturel, l’homme a cherché à le cerner, à le comprendre, à le transformer et à l’utiliser à différentes fins. Ainsi, outre l’existence de la radioactivité naturelle omniprésente et non produite par les activités humaines, il existe donc la radioactivité artificielle produite par l’homme.

S’agissant d’un phénomène naturel, la  radioactivité n’a donc pas été inventée par l’homme. C’est un physicien français, Henri Becquerel, qui a découvert en 1896 que certaines substances, telles que l'uranium, émettent un rayonnement naturel appelé rayonnement ionisant. Les substances qui émettent un rayonnement ionisant sont radioactives.

Un atome, du grec ancien « qui ne peut être divisé », est une entité minuscule formant, avec d’autres atomes, la matière.

Le noyau de l’atome est composé de protons et de neutrons, qui, eux, constituent les nucléons.

Autour de ce noyau, dans le nuage électronique, les électrons circulent à vitesse élevée.

Dans la nature, toutes les matières et tous les corps sont composés d’atomes.

Les isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre d'électrons et de protons, mais un nombre différent de neutrons (à savoir la masse atomique) tout en possédant des propriétés chimiques identiques. La proportion de neutrons dans un noyau peut rendre l’atome instable et dans ce cas, ils peuvent être radioactifs.

Actuellement, environ 325 isotopes naturels et 1.200 isotopes créés artificiellement ont été recensés.

La plupart des éléments se présentent naturellement sous forme d'un mélange d'isotopes.

Un radionucléide ou radio-isotope est un isotope dont le noyau est instable et donc radioactif. Les isotopes instables tentent toujours de retrouver un état stable en se désintégrant.

Exemple : le carbone 14 (14C) est un radio-isotope de l'élément carbone, dont l'isotope le plus commun (12C) est stable.

Les radio-isotopes sont soit d’origine naturelle soit d’origine artificielle. Ils sont largement utilisés dans la médicine nucléaire comme par exemple en radiothérapie dans le traitement de maladies telles que le cancer.

Le proton fait partie des éléments qui composent, ensemble avec les neutrons, le noyau d’un atome. Un proton  est une particule subatomique qui porte une charge électrique positive.

Le neutron fait partie des éléments qui composent, ensemble avec les protons, le noyau d’un atome. Un neutron est une particule subatomique qui ne porte pas de charge électrique, il est donc neutre.

Il existe deux sortes de nucléons : les protons et les neutrons. Ces deux éléments forment la particule constitutive du noyau atomique.

Un électron est une particule élémentaire qui porte une charge électrique négative. Avec les neutrons et les protons, il est un des composants de l’atome tout en étant le plus petit.

Le nuage électronique est composé d’électrons qui tournent à vitesse élevée autour du noyau d’un atome composé de protons et de neutrons.

Le rayonnement ionisant est un type de rayonnement émis par des atomes instables qui se désintègrent. Ces réactions ont lieu dans le noyau de l’atome.

Il en ressort différents types de rayonnement :

• le rayonnement alpha : il s’agit de petites particules constituées chacune de deux protons et de deux neutrons;
• le rayonnement bêta : il s’agit de petites particules d’électrons libres ;
• le rayonnement gamma : semblables aux rayons X, mais plus pénétrants et représentés sous forme d’ondes énergétiques.

Ces rayonnements diffèrent par leur capacité de pénétration du corps en sachant que les rayonnements gamma peuvent traverser complètement le corps et avoir des effets dommageables sur les organes traversés.

Un rayonnement ionisant qui pénètre un organisme vivant risque d'affecter le processus de reproduction des cellules en provoquant ainsi des réactions chimiques anormales. Certaines de ces réactions peuvent aboutir à la mort de la cellule ou à la modification de celle-ci.

Les rayons X, utilisés dans le domaine de la radiologie, sont de nature identique à celle des rayons gamma et peuvent également affecter les organes.

A l’inverse, il existe également des rayonnements non ionisants tels que les basses fréquences, les fréquences radio, les hautes fréquences, les micro-ondes ou encore l’infrarouge et l’ultraviolet.

Les rayonnements ionisants peuvent être d’origine naturelle ou artificielle.

• le rayonnement cosmique ^a ;
• le rayonnement terrestre et des bâtiments (matériaux de construction) ^b ;
• le rayonnement du corps humain ^c;
• le gaz terrestre radon ^d ;
• les applications médicales ^e : certains radionucléides peuvent être utilisés pour les examens (par exemple : radiographies) et traitements médicaux (par exemple : radiothérapie) ;
• les produits industriels ^f : les radionucléides produits dans les installations nucléaires et les industries minières.

La principale source d’exposition naturelle est le radon, un gaz terrestre.

La principale source d'exposition artificielle est due aux applications médicales.

Les rayonnements ionisants peuvent être d’origine naturelle ou artificielle. Les principaux rayonnements de sources naturelles sont :

• le rayonnement cosmique ^a : il provient de l’espace et augmente rapidement avec l’altitude (la dose reçue par un montagnard habitant à 1.000 mètres d’altitude est supérieure de 20% à celle reçue par une personne habitant au bord de la mer);
• le rayonnement terrestre ou tellurique ^b : apparu lors de la formation de la terre, l’être humain est exposé en permanence à ce rayonnement provenant du sol qui se retrouve également dans les matériaux de construction des bâtiments obtenus à partir de matériaux extraits du sol ;
• le radon, Rn ^d : ce gaz naturel radioactif (inodore, incolore et inerte) est la principale source d’exposition naturelle suite à la désintégration de l’uranium naturellement présent dans la couche terrestre (sols, roches et eau);
• les eaux minérales et les aliments ^b : le rayonnement terrestre et le rayonnement cosmique touchent également les plantes, les animaux et l’eau, de sorte que les aliments et les boissons ingérés sont naturellement légèrement radioactifs ;
• le rayonnement du corps humain ^c : de l’ordre de 120 Bq/kg (soit de 8.400 Bq pour une personne de 70 kg), il est dû à l’ingestion des aliments contenant naturellement des éléments radioactifs.

Le radon est la principale source d’exposition naturelle. Ce gaz radioactif naturel provient du sol et, en fonction des disparités géographiques, l’exposition de l’homme et de l’animal à ce rayonnement naturel peut fortement varier. Dans certains endroits du monde, l’exposition au rayonnement peut varier à cause de la géologie locale.

Le radon peut aussi être exhalé en présence de certains matériaux de construction utilisant des roches naturellement radioactives comme certaines sortes de granit, le gneiss ou le basalte. Ainsi, la présence de radon peut être détectée dans certaines maisons.

Au Luxembourg, la concentration moyenne du radon dans les habitations est de 50 Bq/m3 dans le sud du pays et de 150 Bq/m3 dans le nord du pays. La valeur de référence européenne est de 400 Bq/m3 pour les anciennes maisons et de 200 Bq/m3 pour les nouvelles habitations.

Le Becquerel (Bq) est l’unité qui permet de quantifier la radioactivité et de mesurer l’activité d’un objet : un caillou de granit de 125 grammes a une activité de 1.000 Bq, les cendres de charbon ont une activité de 2.000 Bq (par kg), les fruits ont une activité de 40 à 90 Bq (par kg), tandis qu’un homme ou une femme de 70 kilos ont une activité de 8.000 Bq.

Le corps humain est naturellement radioactif du fait que l’être humain mange, boit et respire des substances radioactives qui sont naturellement présentes dans son environnement. Ces substances sont continuellement absorbées par le corps humain et intègrent ses tissus, organes et os.

Un corps humain typique contient approximativement 40 grammes de potassium. Environ 1/1000 de ces 40 g est du potassium-40, un isotope radioactif du potassium.

Le rayonnement radioactif du corps humain est de l’ordre de 120 Bq/kg (soit de 8.400 Bq pour une personne de 70 kg).

Les rayonnements ionisants peuvent être d’origine naturelle ou artificielle. Les principaux rayonnements de sources artificielles sont :

• médicales ^e : les principaux domaines d’utilisation médicale sont la radiologie (mammographie, radiographie, scanographie,..), la médecine nucléaire (diagnostic ou thérapie par radio-isotopes) et la radiothérapie (traitement du cancer) ;
• industrielles ^f : l’industrie nucléaire est bien évidemment la plus grosse utilisatrice de sources radioactives (extraction, fabrication, utilisation et retraitement du combustible, stockage et traitement des déchets…) mais de nombreuses autres activités industrielles ont des applications radioactives (contrôle non destructif pour apprécier des défauts d’homogénéité dans le métal et en particulier dans les cordons de soudure, mesures d’humidité et de densité de divers sols, surveillance du niveau de remplissage d’un conteneur, mesure de grammage). Les applications industrielles ne représentent que 1% de la dose moyenne individuelle annuelle;
• rayons X : produits de façon électrique et utilisés aussi bien dans le domaine médical qu’industriel, leurs effets sont comparables à ceux des rayonnements gamma.

Le rayonnement alpha est un type particulier de rayonnement ionisant. Il s'agit de l’émission d’un petit noyau de charge positive constitué de deux protons et de deux neutrons : la particule alpha.

Son pouvoir de pénétration est faible : il ne passe pas à travers 50 mm d’air ou une feuille de papier.

Les substances émettrices de rayons alpha à l’extérieur de l’organisme sont à priori inoffensives. Lorsque ces substances s’introduisent dans l’organisme, elles peuvent avoir un impact préjudiciable sur les organes auxquels elles sont fixées.

Le rayonnement bêta est un type particulier de rayonnement ionisant. Il s'agit du rayonnement issu de la transformation d’un neutron en un proton par émission d’un électron.

Son pouvoir de pénétration est moyen : il est freiné par quelques millimètres d’aluminium.

Les substances émettrices de rayons bêta peuvent être dangereuses pour les tissus extérieurs car les rayons peuvent traverser de 1 à 2 cm de tissu. Lorsque ces substances s’introduisent dans l’organisme, elles peuvent avoir un impact préjudiciable sur les organes auxquels elles sont fixées.

Le rayonnement gamma est un type particulier de rayonnement ionisant. Il s’agit de l’émission d’une onde électromagnétique de haute énergie sans qu’il y ait émission de particules.

Les rayonnements gamma sont les rayonnements les plus pénétrants : l'énergie qu'ils transportent est très élevée,  de quelques dizaines de milliers d'électronvolts à plusieurs millions.

Le passage à travers une plaque de plomb ou de béton diminue cependant considérablement leur force.

La demi-vie, appelée parfois période radioactive, est le temps requis pour que la moitié des noyaux d’un isotope radioactif soit désintégrée naturellement. En fonction de l’isotope, la désintégration peut varier de quelques fractions de secondes à plusieurs milliards d’années.

Le principe de la demi-vie : la moitié de la moitié de la moitié....

Le Becquerel (Bq) est l’unité qui exprime l’activité d’une substance radioactive et permet de quantifier la radioactivité. Cette unité mesure le nombre de rayonnements émis.

Un Bq correspond à une désintégration par seconde au sein de la substance radioactive. Il s’agit d’une unité très petite, voilà pourquoi on parle souvent en multiples du Becquerel comme par exemple :

• le kiloBecquerel (1kBq = 1000 Bq) ;
• le megaBecquerel ( 1Mbq=1.000.000 Bq)
• le teraBecquerel (1TBq = 100.000.000.0000 Bq)

Un caillou de granit de 125 grammes a une activité de 1.000 Bq, les cendres de charbon ont une activité de 2.000 Bq (par kg), les fruits ont une activité de 40 à 90 Bq (par kg), tandis qu’une personne de 70 kilos a une activité naturelle de 8.400 Bq.

Le Becquerel porte le nom du physicien français Henri Becquerel qui a découvert la radioactivité.

Le Sievert (Sv) est une unité qui permet d’évaluer, d’un point de vue biologique, l’effet ou l’impact des rayonnements ionisants sur le corps humain, mais aussi sur tout autre organisme vivant.

Il s’agit d’une « grande » unité, voilà pourquoi on parle souvent de

• milliSievert (1mSv = 0,001 Sv)
• et encore de microSievert (1mSv = 0,000001 Sv).

Quand une personne a été exposée à la radioactivité, on parle d’une « dose reçue de X milliSievert ».

Au Luxembourg, l’exposition annuelle à la radioactivité naturelle est de 2 milliSievert par an tandis qu’une seule radiographie pulmonaire expose le patient à une dose de 0,2 milliSievert, l’équivalent d’environ 3 jours d’exposition naturelle.

Le Sievert porte le nom du radiobiologiste suédois Rolf Sievert.

Le Gray (Gy) mesure la dose physiquement absorbée, à savoir la quantité de rayonnements ionisants absorbée par les tissus du corps humain ou par un objet.

Le Gray est une unité utilisée typiquement en médecine nucléaire (dans le traitement du cancer).

Le Gray porte le nom du physicien anglais Harold Gray.

Non. La radioactivité est inodore, incolore, insipide et invisible.

On ne peut la détecter ou la mesurer qu'à l'aide d'appareils spécifiquement conçus pour cet usage.

Si certains appareils sont faciles à utiliser quand il s’agit de détecter une source de rayonnement, l'interprétation des données récoltées dans une situation d’accident doit cependant se faire par des spécialistes.

La radioactivité est imperceptible. Pour la mesurer, il faut être équipé d’instruments spécialisés.

Le compteur Geiger-Mueller (ou compteur G-M) est un instrument de détection et de mesure des rayonnements ionisants très sensible. Conçu par Hans Geiger en 1913 et mis au point par Walther Müller en 1928, il est également utilisé pour localiser le minerai d’uranium, métal lourd radioactif, qui est la principale matière première de l’industrie nucléaire.

Au Luxembourg, la radioactivité ambiante, naturelle et artificielle, est mesurée en continu depuis 1983 par le Laboratoire de radiophysique de la Division de la radioprotection de la Direction de la Santé grâce à un réseau de mesures et d’alertes automatiques. Ces mesures sont publiées sur le site de la Division de la radioprotection.

Chaque année, un nombre important d’échantillons est prélevé dans divers milieux biologiques et dans la chaîne alimentaire. Le réseau national de mesure et d’alertes automatiques fournit plus de 19.000 mesures de la radioactivité ambiante par mois qui font ensuite l’objet de rapports mensuels publics.

Ces contrôles permettent, d’une part, de suivre l’évolution des variations de la radioactivité artificielle résiduelle comme ce fut le cas après l’accident de Tchernobyl de 1986 et d’autre part, de faire un constat sur l’exposition de la population luxembourgeoise.

Le but du réseau de mesure et d'alerte automatiques du Luxembourg consiste à:

• surveiller en continu la radioactivité ambiante et le bruit de fond du rayonnement naturel ;
• détecter des rejets incontrôlés et accidentels d'installations nucléaires dans les pays voisins ;
• alerter les autorités nationales en cas d'urgence nucléaire ;
• permettre d'établir rapidement une vue d'ensemble de la situation radiologique.

Ce réseau est complètement automatique et permet d'alerter les autorités en cas de détection de radioactivité dépassant le bruit de fond du rayonnement naturel.

Deux programmes ont été établis pour surveiller la population luxembourgeoise et l’environnement contre les radiations, à savoir :

• la surveillance de la radioactivité dans l’environnement ;
• la surveillance de la radioactivité dans la chaîne alimentaire.

Ces deux programmes vont de pair puisque toute augmentation de la radioactivité dans les différents milieux biologiques entraîne inéluctablement une augmentation de la radioactivité dans les denrées alimentaires.

En cas d’accident conduisant à un rejet de radioactivité dans l’environnement, le flux d’informations entre les exploitants de la centrale concernée et les autorités, ainsi qu’entre les autorités et la population est assurée de manière continue.

Le réseau national de mesure et d'alerte de la radioactivité dans l'air transmet ses résultats en continu à la Division de la radioprotection et, en cas d’urgence nucléaire, à la Cellule de crise. Ces résultats sont transmis à la population avec les explications nécessaires. La population est également informée sur le degré d’exposition à la radioactivité mesurée à des endroits déterminants du pays.

Tous les jours, notre corps est soumis à un rayonnement radioactif invisible diffusé par la terre et l’univers.

Ce rayonnement est généralement inoffensif étant donné que la dose est très faible. Cependant, une exposition à une quantité importante de rayonnements peut donner lieu à de multiples maladies, dont différents types de cancer.