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La Radioactivité : de la Torbernite à Fukushima

La Radioactivité : de la Torbernite à Fukushima
Tout le monde a entendu parler de la radioactivité mais les réalités qui se cachent derrière ce mot ne sont pas toujours les mêmes pour les spécialistes et pour le grand public. Voici un bref tour d'horizon de la radioactivité, de sa découverte à ses applications principales et de ses dangers pour les organismes vivants.

Photo : mise en paquet de prélèvements de la calotte crânienne humaine de Salkhit pour la datation au Carbone 14. CC by-sa Muséum de Toulouse.

Une beauté tenue cachée…

Dans les réserves du Muséum il y a des minéraux fort esthétiques qui ne seront jamais montrés dans la première salle de l'exposition permanente où pourtant sont exhibés de magnifiques échantillons aux couleurs chatoyantes et aux cristaux géométriques bien formés. Ces minéraux restent enfermés comme des « pestiférés » dans des boîtes en plomb aux épaisses parois …Qu'ont-ils donc de différent des autres ? Pourquoi ces précautions ?…

Il s'agit de minéraux radioactifs d'où l'on peut extraire de l'uranium, sans doute le plus connu des éléments radioactifs.

Photo : spécimen Torbernite - Collection Muséum de Toulouse- CC by-sa Muséum de Toulouse.


Qu'est-ce que la radioactivité ?

Deux ans après la catastrophe de Fukushima il semble opportun de se reposer la question…
La radioactivité a été découverte fortuitement à la fin du XIXe siècle par le physicien Henri Becquerel qui avait remarqué le noircissement de plaques photographiques se trouvant à proximité de sels d'uranium.
    On comprit par la suite que ce phénomène était dû à des rayonnements invisibles mais très énergétiques émis par certaines substances dont l'uranium. Cette propriété fut appelée radioactivité. Durant la première moitié du XXe ce domaine de la physique allait devenir un champ d'études considérable car se développant en parallèle avec la détermination de la structure des atomes. On ne peut manquer de citer les travaux de Pierre et Marie Curie, couple de scientifiques célébrissime pour la découverte et l'étude de nouvelles substances radioactives en particulier le radium, un des éléments naturels les plus radioactifs que l'on connaisse.

Portrait de Henri Becquerel - CC by-sa Jean-Jacques MILAN


La radioactivité est une propriété liée au noyau (d'où le nom d'énergie nucléaire du latin nucleus = noyau) de certains atomes qui ne sont pas stables et se transforment spontanément en d'autres atomes émettant ainsi les fameux rayonnements qui impressionnèrent jadis les plaques photos de H. Becquerel… Certains éléments, comme l'uranium, sont naturellement radioactifs. Par contre d'autres peuvent être produits artificiellement en particulier au sein des réacteurs nucléaires.

Schéma : Exemple de radioactivité : le cobalt 60 se transforme en nickel 60 par émission d'un électron (rayonnement béta) et d'un photon (rayonnement gamma). Copyright Semmoa
 

Les éléments radioactifs sont caractérisés par leur période, temps au bout duquel la moitié des atomes de départ s'est transformée. C'est une caractéristique intrinsèque d'un élément radioactif qu'il est impossible de modifier et à laquelle sont liés sa persistance dans le temps et donc le danger qu'il peut représenter. Suivant les éléments considérés, les périodes peuvent aller d'une fraction de seconde à plus de 4 milliards d'années pour l'uranium…! L'unité de dose d'irradiation reçue est le sievert (symbole Sv).

Schéma :  Diminution de la radioactivité en fonction du temps pour une période donnée.
© Copyright 2010 Réseau national

 

 


Quelles sont les applications des substances radioactives ?

Elles sont variées, les plus connues sont :

  • Les réacteurs nucléaires qui utilisent de l'uranium. La fission (éclatement) des noyaux atomiques libère de l'énergie sous forme de chaleur utilisée pour produire de la vapeur et entraîner des turbines et des alternateurs. La fission des noyaux d'uranium produit de nombreux autres éléments eux-mêmes radioactifs. Les centrales nucléaires sont en France une des principales sources d'électricité.

schéma centrale nucléaire REP

Schéma d'une centrale nucléaire - cc by-sa Steffen Kuntoff; translation by Enr-v

  •  Il faut hélas citer les bombes atomiques dans lesquelles l'énergie de fission des matériaux radioactifs utilisés (uranium ou plutonium) est libérée en un temps très bref produisant les effets dévastateurs que l'on connaît.
  •  Les applications médicales qui utilisent d'une part les rayonnements de sources radioactives pour traiter certains cancers, d'autre part l'injection de substances radioactives pour des imageries particulières.
  •  La datation de roches et de fossiles utilisant la régularité de la décroissance de la radioactivité de certains éléments. Ainsi la datation de restes organiques grâce au carbone 14 est couramment utilisée en archéologie et en paléoanthropologie.


Datation au carbone 14 : en fonction du temps, le nombre d'atomes de carbone 14 décroît avec une période de 5730 ans en se transformant en atomes d'azote 14. La radioactivité restante permet de déterminer le temps depuis la mort de l'organisme. Copyright www.hominides.com


 Pourquoi la radioactivité est-elle dangereuse ?

Les rayonnements émis par les matériaux radioactifs altèrent les tissus et l'ADN des cellules. Les fortes doses peuvent provoquer la mort mais mêmes les faibles sont à l'origine de dérèglements qui affectent le vivant. La dose moyenne annuelle due à l'irradiation naturelle en France est de 2,4 mSv (mSv = millisievert) par personne à laquelle il faut ajouter la dose de radioactivité artificielle due à différentes sources d'exposition (radiographies médicales, etc…) qui ne doit légalement pas dépasser 1 mSv par an (dose autorisée maximum).
    Si certaines substances radioactives entrent dans le métabolisme du corps humain (à la suite d'une ingestion ou d'une inhalation) elles continuent d'émettre leurs rayonnements et peuvent là aussi provoquer cancers et autres maladies.
    

C'est le grand danger des centrales nucléaires qui, lors d'accidents, peuvent libérer de grandes quantités d'éléments radioactifs contaminant des régions entières au point de devoir être désertées par la population. Les explosions de la centrale de Tchernobyl en 1986 et celle de Fukushima le 11 mars 2011 sont des accidents majeurs dans l'histoire de l'utilisation civile de l'énergie nucléaire qui ont affecté toutes la chaîne du vivant et rendu inhabitables de vastes territoires.
    L'utilisation des centrales nucléaires pour la production d'électricité est un sujet largement discuté dans le monde.

 

Carte de la région de Fukushima présentant une évaluation des doses prévisionnelles dues à l'irradiation externe par le dépôt la 1re année après l'accident. Du bleu clair au rouge les doses sont respectivement de 5 ; 10 ; 20 ; 50 ; 100 mSv (mSv = millisievert). CC by-sa IRSN, octobre 2011, page 11

 

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Article du 13 février 2013 rédigé par Jean-Pierre Ulmet (volontaire au Muséum de Toulouse).


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