Notions utiles sur la radioactivité

Dernière mise à jour : Mercredi 18 juillet 2012
 

La radioactivité est un phénomène naturel qui prend naissance au cœur de certains atomes instables, les radionucléides. Ces radionucléides présentent un surplus d’énergie qui les conduit à se désintégrer en un autre atome. En se désintégrant, les radionucléides émettent des rayonnements invisibles mais susceptibles d’avoir un effet nocif sur la santé : on parle de rayonnements ionisants.

Il existe plusieurs types de rayonnements ionisants de nature et d’intensité différentes :

  • le rayonnement alpha, dont la portée dans l’air est de quelques centimètres seulement et qu’une feuille de papier peut arrêter,
  • le rayonnement bêta, dont la portée dans l’air est de quelques mètres et qu’une feuille d’aluminium peut arrêter,
  • le rayonnement gamma, bien plus pénétrant que les autres types de rayonnements. Il accompagne souvent un rayonnement alpha ou bêta. En fonction de son énergie, le rayonnement gamma peut parcourir plusieurs centaines de mètres dans l’air et une importante épaisseur de plomb ou de béton est nécessaire pour l’arrêter,
  • le rayonnement neutronique dont l’énergie est variable et qui peut être arrêté par des matériaux légers contenant notamment des atomes d’hydrogène.

Schéma présentant des exemples de désintégration d'atomesExemples de désintégration (de gauche à droite) : un atome de radium 226 se transforme en un atome de radon 222, sa désintégration provoque l’émission d’une particule alpha - un atome de cobalt 60 devient un atome de nickel 60, un de ses neutrons se transforme en proton en émettant un électron - le cobalt 60 se transforme en nickel 60 "excité", qui lui-même retrouve sa stabilité en émettant des rayonnements gamma. © Andra

La décroissance radioactive

La radioactivité est un phénomène qui diminue spontanément avec le temps, selon le principe de la décroissance radioactive, au fur et à mesure que les atomes radioactifs se désintègrent pour devenir des atomes stables.

Schéma expliquant le principe de la décroissance radioactiveAu bout de 10 périodes radioactives, seul un atome radioactif sur 1 000 subsiste. © Andra

Chaque radionucléide se désintègre au bout d’une durée qui lui est propre. Celle-ci est définie par ce que l’on appelle la période radioactive. Elle correspond au temps au bout duquel la moitié de la quantité d’un même radionucléide aura naturellement disparu par désintégration. Le niveau de radioactivité d’un échantillon d’un même radionucléide est donc divisé par deux. Au bout de 10 périodes, le niveau de radioactivité est divisé par 1 000.

RadionucléidePériodeEmission
Iode 131 8 jours Bêta
Tritium 12 ans Bêta
Césium 137 30 ans Bêta
Carbone 14 5 700 ans Bêta
Plutonium 239 24 000 ans Alpha
Chlore 36 300 000 ans Bêta
Iode 129 16 millions d'années Bêta
Uranium 235 700 millions d'années Alpha
Uranium 238 4,5 milliards d'années Alpha

La mesure de la radioactivité et de ses effets

La radioactivité se mesure, même en très faible quantité. Les appareils de détection mesurent couramment des activités un million de fois inférieures aux niveaux qui pourraient avoir des effets nocifs sur la santé.

Pour quantifier la radioactivité et ses effets sur les organismes vivants on utilise principalement deux unités :

  • le becquerel (Bq), qui permet de mesurer le niveau de radioactivité (appelé activité) c'est-à-dire le nombre de désintégrations par seconde : 1 Bq = 1 désintégration par seconde. Cette unité de mesure est souvent trop petite pour exprimer les niveaux de radioactivité utilisés dans l’industrie par exemple. C’est pourquoi on emploie plutôt ses multiples pour exprimer la radioactivité de la matière :
    • 1 kilobecquerel (kBq) = 1 000 Bq,
    • 1 Mégabecquerel (MBq) = 1 million de Bq,
    • 1 Gigabecquerel (GBq) = 1 milliard de Bq,
    • 1 Térabecquerel (TBq) = 1 000 milliards de Bq.
  • le sievert (Sv), qui permet d’évaluer les effets biologiques des rayonnements sur un organisme vivant exposé à la radioactivité. Ces effets varient notamment en fonction de la nature des rayons et des organes irradiés. L’unité la plus fréquemment employée est le millisievert (mSv), qui correspond à un millième de sievert. Par exemple, l’organisme reçoit 0,3 mSv lors d’une radiographie pulmonaire.

Les risques liés à la radioactivité

Les effets des rayonnements ionisants sur l'organisme varient en fonction des doses reçues et des modalités d'exposition. L'exposition à la radioactivité peut être externe, en cas d'irradiation (exposition aux rayonnements) ou de contamination par contact, ou interne, s'il s'agit d'une contamination par inhalation ou ingestion de radionucléides. Elle peut être chronique (par exemple avec la radioactivité naturelle) ou ponctuelle (un examen médical par exemple).

Les fortes expositions à la radioactivité produisent la destruction de cellules. Les dommages sont importants et leur gravité augmente avec la dose. A partir de 5 000 mSv (5 Sv), la dose est mortelle.

Pour des expositions faibles (inférieures à 100 mSv), les effets (cancers, effets génétiques) correspondent à des transformations de cellules plutôt qu’à leur destruction et peuvent apparaître des années après l'exposition qui en a été la cause. De plus, ils ne se produisent pas systématiquement et sont appelés pour cela « probabilistes ». A ce niveau de dose, c'est la probabilité d'apparition d'un cancer, non sa gravité, qui augmente avec la dose. Quand un cancer se manifeste, au bout de plusieurs années, il est impossible d’en déterminer la cause avec certitude. Aussi les conséquences d’une exposition à de faibles doses de radioactivité font encore l’objet de débat dans la communauté scientifique.

Aussi, par précaution, on considère qu’il existe un risque et qu’il est proportionnel à la dose reçue.

L'usage de la radioactivité dans différents secteurs a ainsi amené les autorités à proposer des normes légales d'exposition, tant pour la population que pour les salariés exposés. Pour les populations, la dose ajoutée par les applications industrielles ne doit pas dépasser 1 mSv/an. C'est par exemple la dose reçue en effectuant trois radios du poumon, ou encore seize allers-retours Paris-New York en avion. Pour les métiers utilisant la radioactivité (industrie nucléaire, radiologie, médecine…), la dose maximale légale est de 20 mSv/an en moyenne sur 5 années consécutives.

Les utilisations de la radioactivité

La radioactivité a été découverte par Henri Becquerel en 1896. Dans les années 1930, l’homme découvre comment recréer artificiellement ce phénomène. Depuis, les propriétés de la radioactivité sont utilisées dans de nombreux secteurs :

  • L’industrie électronucléaire : centrales nucléaires et usines de fabrication et de traitement des combustibles utilisés pour faire fonctionner ces centrales (extraction et traitement du minerai d’uranium, fabrication des combustibles, traitement des combustibles une fois usés…).
  • La Défense nationale : activités liées à la force de dissuasion, à la propulsion nucléaire de certains navires ou sous-marins et recherche associée.
  • La recherche : laboratoires de recherche dans différents domaines : nucléaire civil, physique des particules, agronomie, chimie, biologie, géologie, archéologie…
  • L’industrie classique (non électronucléaire) : extraction de terres rares*, fabrication de sources radioactives ou autres applications diverses (contrôle des soudures, stérilisation du matériel médical, stérilisation et conservation de produits alimentaires…).
  • Le domaine médical : recherche médicale, diagnostic et traitement.

* Certains secteurs industriels utilisent des minéraux naturellement radioactifs pour des usages autres que ceux liés à leur radioactivité.

centrale nucléairerecherche médicaleA gauche, la centrale nucléaire de Dampierre (© EDF). A droite, manipulation de substances radioactives dans un laboratoire de recherche médicale (Centre hospitalier de Nice © Philippe Demail).

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