Radioactivité

Origines de la radioactivité

Nature de la source Exposition humaine à la radioactivité selon l'OMS : mSv par personne et par an Radioactivité naturelle en % Radioactivité artificielle en %
Radon (gaz radioactif naturel dense souvent présent dans les rez-de-chaussée)
1,3
42 %
Irradiation d'origine médicale (radiographies, scanners, radiothérapies, etc.)
0,6
20 %
Éléments absorbés par alimentation (essentiellement du potassium (Le potassium est un élément chimique, de symbole K (latin : kalium, de l’arabe : القَلْيَه al-qalyah) et de numéro atomique 19.) 40 contenu naturellement dans les aliments)
0,5
16 %
Rayonnement cosmique
0,4
13 %
Rayonnement interne
0,2
6 %
Autres origines artificielles sauf énergie nucléaire civile (industries minières diverses, retombées atmosphériques des essais nucléaires militaires, instruments de mesure, certaines méthodes de mesure industrielles (telles le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de soudures par gammagraphie), etc.)
0,1
3 %
Énergie nucléaire civile
0,01
0,3 %
Total
3,1
77 %
23 %

Selon une étude de Billon S. et Al, l'exposition naturelle à la radioactivité (La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur l'uranium et très vite confirmé par Marie Curie pour le...) représenterait environ 2,5 mSv sur un total de 3,5. Cette dose peut varier de 1 à 40 mSv, selon l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...) géologique et les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) d'habitation. Il existe aussi le rayonnement interne du corps : la radioactivité naturelle des atomes du corps humain (Le corps humain est la structure physique d'une personne.) se traduit par environ 8 000 désintégrations par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de...) (8 000 Bq). Ce taux est principalement dû à la présence de carbone 14 (Le carbone 14 est un isotope radioactif du carbone, noté 14C.) et de potassium 40 dans notre organisme.

On parle de « radioactivité naturelle » pour désigner les sources non produites par les activités humaines, comme celle issue du radon, de la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus...), ou du rayonnement cosmique. A contrario, on parle de « radioactivité artificielle » pour désigner la radioactivité due à des sources produites par les activités humaines : réalisation d'examens médicaux (tels les radiographies, tomodensitométries, scintigraphies, radiothérapies), éléments transuraniens synthétiques, concentrations artificiellement élevées de matières radioactives ou production artificielle de rayons gamma (dans un accélérateur de particules (Les accélérateurs de particules sont des instruments qui utilisent des champs électriques et/ou magnétiques pour amener des particules chargées électriquement à des vitesses élevées. En d'autres termes,...), par exemple). Physiquement, il s'agit exactement du même phénomène.

Radioactivité naturelle

La principale source de radioactivité est les radioisotopes existants dans la nature et produits lors des explosions des supernovas. On trouve des traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la responsabilité de la Commission européenne dans le cadre du premier pilier de...) de ces éléments radioactifs et de leurs descendants dans tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) notre environnement : un roc de granite contient des traces d'uranium (L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un élément naturel assez fréquent : plus abondant que...) qui, en se désintégrant, émettent du radon.

Les isotopes qui ont subsisté depuis la formation de notre système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système...) sont ceux dont la période radioactive (La demi-vie est le temps mis par une substance (médicament, noyau radioactif, ou autres) pour perdre la moitié de son activité pharmacologique, physiologique ou radioactive. En particulier, la...) est très longue : pour l'essentiel, l'uranium et le thorium. Du fait de leur durée de vie (La vie est le nom donné :) très longue, leur activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) massique est nécessairement très faible, et ces composés naturels ne constituent généralement pas un danger important en terme de radiotoxicité justifiant des mesures de radioprotection (La radioprotection désigne l'ensemble des mesures prises pour assurer la protection de l'homme et de son environnement contre les effets néfastes des rayonnements ionisants.).

Le rayonnement tellurique dû aux radionucléides présents dans les roches (uranium, thorium et descendants) est d'environ 0,50 mSv par an en France. Il peut cependant être bien plus important dans certaines régions où la roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par un assemblage de...) est très concentrée en uranium (régions granitiques telles la Forêt-Noire en Allemagne, la Bretagne et le Massif (Le mot massif peut être employé comme :) central en France) ou en thorium (région du Kérala en Inde).

Au rayonnement dû aux éléments de longue durée de vie s'ajoute celui des radioisotopes qui forment leur chaîne de désintégration (La chaîne de désintégration, ou chaîne radioactive, ou encore désintégration en cascade, désigne la série de désintégrations, apparaissant par transformation spontanée...). Ces éléments sont généralement à demi-vie (La demi-vie est le temps mis par une substance (médicament, noyau radioactif, ou autres) pour perdre la moitié de son activité pharmacologique, physiologique ou radioactive. En particulier, la demi-vie est le temps nécessaire...) beaucoup plus courte, mais de ce fait, ils ne sont présent qu'en quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre...) très faible : les lois de la décroissance radioactive font qu'à l'équilibre séculaire, leur activité est la même que celle de l'élément "père".

Parmi ces descendants il faut citer la présence d'un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme...) radioactif dense : le radon. Du fait de sa volatilité (En finance, la volatilité est une mesure de l'instabilité du cours d'un actif financier. Elle sert de paramètre de quantification du risque de rendement et de prix d'un actif financier.), il est susceptible de migrer dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) et est ainsi responsable à lui seul de la plus grande part de l'exposition humaine moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils...) à la radioactivité : 42 % du total. Il est issu de la décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils soient d'origine animale ou végétale dès l'instant qu'ils sont privés de vie,...) de l'uranium naturellement contenu dans les sols. Dans les régions où la concentration en uranium dans la roche est élevée, il est souvent présent dans les habitations peu ventilées, ou construites sur des sols à fort dégagement de radon (rez-de-chaussée, maisons, caves). Il entraîne alors une exposition interne conséquente à cause de ces descendants à période radioactive courte (dont fait notamment partie le polonium).

D'autre part, la Terre est en permanence soumise à un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé...) de particules primaires de haute énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) en provenance essentiellement de l'espace et (en bien moindre mesure) du Soleil : les rayons cosmiques. Le vent solaire (Le vent solaire est un flux de plasma constitué essentiellement d'ions et d'électrons qui sont éjectés de la haute atmosphère du Soleil. Pour les étoiles autres que le Soleil, on parle...), et le champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une direction,...) qu'il entraîne, dévient une partie des rayons cosmiques « interstellaires » ; le champ magnétique terrestre (La Terre possède un champ magnétique produit par les déplacements de son noyau externe – composé essentiellement de fer et de nickel en fusion conducteurs – qui se comporte comme une...) (la ceinture de Van Allen) dévie la majeure partie de ceux approchant la Terre. L’atmosphère n'absorbant qu’une partie de ces particules de haute énergie, une fraction de celle-ci atteint le sol, voire pour les plus énergétiques, traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au ballast les charges...) les premières couches rocheuses.

La part due au rayonnement cosmique représente environ 0,32 nGy/h au niveau de la mer (Le niveau de la mer est la hauteur moyenne de la surface de la mer, par rapport à un niveau de référence adéquat.). Cette valeur varie en fonction de la latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre (ou sur une autre planète), au nord ou au sud de...) et de l'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la répartition de la...), elle double à 1 500 m d'altitude.

Ce rayonnement extraterrestre, par un phénomène de spallation à partir des noyaux plus lourds présents dans la haute atmosphère, entraîne la production de rayonnements et de particules ionisantes secondaires ou tertiaires (neutrons, électrons, alpha, ions, etc.). Ce phénomène est à l'origine, entre autres, de la production de radionucléides cosmiques sur notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la...) tels le carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique...) 14 et le tritium (Le tritium (T ou 3H) est - comme le deutérium - l'un des isotopes de l'hydrogène. Il possède 1 proton et 2 neutrons. Il a été mis en...), ou encore le potassium. Ces éléments ont une demi-vie beaucoup trop faible pour résulter de la nucléosynthèse primordiale (En 1948, l'astronome anglais Fred Hoyle développe une théorie selon laquelle les éléments chimiques se forment dans les étoiles. Cette théorie, appelée nucléosynthèse stellaire, explique de façon satisfaisante les...), mais sont en permanence reconstitués.

Radioactivité artificielle

L'activité humaine est une autre source majeure de rayonnements ionisants. Principalement, pour 20 % du total des expositions humaines à la radioactivité, par les activités médicales : production de radionucléides par cyclotron (Le cyclotron est un type d’accélérateur circulaire inventé par Ernest Orlando Lawrence en 1931. Dans un cyclotron, les particules placées dans un champ magnétique suivent une trajectoire en forme de spirale et sont accélérées par...) (pour les scintigraphies et TEP (La tonne d'équivalent pétrole (symbole tep) est une unité d'énergie d'un point de vue économique et industriel.) par exemple). Le reste, représentant 3 % du total des expositions humaines, est produit, par ordre d'importance, par :

  • diverses industries minières, centrales au charbon ;
  • l'armée : retombées d'essais nucléaires, bombes nucléaires ;
  • l'énergie nucléaire civile (0,3 % du total des expositions) : émissions, fuites et production de déchets radioactifs ;
  • accidents : catastrophe (Une catastrophe est un événement brutal, d'origine naturelle ou humaine, ayant généralement la mort et la destruction à grande échelle pour conséquence.) de Tchernobyl ;
  • la recherche : recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) en physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On l'appelle aussi physique des hautes...) (CERN Suisse, GANIL France).

Note : L'imagerie médicale au moyen de rayons X produit la plus forte dose d'exposition humaine aux rayonnements ionisants.
On ne parle cependant pas de radioactivité car les rayons X ne sont pas issus de réactions nucléaires mais d'excitation électronique de l'atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement...).

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