La radioactivité

« Radioactivité » : le mot suscite nombre d’interrogations. Mais au fond, que recoupe précisément cette notion ? Explications détaillées de ce phénomène découvert il y a plus d’un siècle… mais aussi des risques associés et ses mesures mises en place pour les parer.
 

La radioactivité : un phénomène naturel que l'on sait imiter

Découverte de la radioactivité : un uranium « impressionnant »

En 1896, un scientifique français, Henri Becquerel, réalise des expériences avec le sel d’uranium afin d’étudier le rapport entre la phosphorescence et les rayons X, découverts un an plus tôt. Il constate que l’uranium est capable d’impressionner une plaque, sans être excité par la lumière, et conclut que cet élément émet de lui-même un rayonnement : il a découvert la radioactivité.

Jusqu’alors l’humanité regardait les étoiles, la voilà plongée pour la première fois dans le monde de l’infiniment petit. Une échelle encore jamais atteinte, qui ouvre des perspectives inédites.

D'où vient ce phénomène ?

Contrairement à la plupart de leurs congénères, certains atomes possèdent trop de protons et/ou trop de neutrons : ils sont dits « instables ». La radioactivité est l’énergie que dépensent ces atomes pour modifier peu à peu leur noyau (pour se « désintégrer ») et atteindre un état stable. De tels atomes sont appelés « radionucléides » ou « radio-isotopes ». On en dénombre plus de 2 500.

La première source de radioactivité est naturelle : les rayonnements cosmiques, qui bombardent la Terre en continu, et les roches de la croûte terrestre, telles le granit (voir encadré « radon ») nous exposent en permanence aux rayonnements ionisants. La Terre renferme ainsi, au-delà des éléments stables tels que fer et oxygène, des isotopes radioactifs tels que potassium 40, uranium 238 ou thorium 232, qui, en se désintégrant régulièrement, alimentent la chaleur de son noyau.

La radioactivité étant une composante fondamentale de l’environnement terrestre, il n’est pas étonnant qu’elle soit également présente à l’intérieur de notre propre organisme. L’air que nous respirons, l’eau et les aliments que nous absorbons entraînent l’incorporation de radioéléments qui rendent notre corps légèrement radioactif.

Depuis le début du XXe siècle - grâce aux travaux de deux illustres scientifiques, Irène et Frédéric Joliot-Curie -, nous savons générer artificiellement de la radioactivité. Comment ? En forçant le noyau d’un élément stable à devenir instable, au moyen d’un flux de particules. Ces rayonnements « artificiels » présentent les mêmes caractéristiques que les rayonnements naturels. Leur radioactivité n’est pas plus dangereuse que ne l’est la radioactivité naturelle. 

La décroissance radioactive

La radioactivité est un phénomène naturel qui diminue au fil du temps. La durée de vie d’un radio-isotope dépend de sa période radioactive. Celle-ci correspond au temps nécessaire pour que la radioactivité soit divisée par deux. Ainsi, la période radioactive de l’iode 131 est de 8 jours ; celle du carbone 14, de 5 700 ans ; celle du potassium 40, de 1,3 milliard d’années.
 

Focus sur trois radio-isotopes

L’uranium

L’uranium naturel, tel qu’il est extrait du sol, est constitué de trois isotopes : l’uranium 238 pour 99,3%, l’uranium 235 pour 0,7%, et des traces infimes d’uranium 234. L’uranium compte également trois isotopes artificiels, les uraniums 236, 233 et 232, produits en réacteurs à partir d’uranium 235 et de thorium. Pour être utilisé efficacement comme combustible, l’uranium naturel doit être enrichi en uranium 235. Cette opération d’enrichissement se fait en France à l’usine Georges Besse du Tricastin. Il ne faut pas confondre cet uranium enrichi utilisé pour produire de l’électricité avec l’uranium très enrichi (plus de 90% d’uranium 235) utilisé à des fins militaires dans des installations spécialisées.

Le plutonium

Présent naturellement dans la croûte terrestre, le plutonium se forme dans les réacteurs nucléaires alimentés en uranium à partir de l’uranium 238. Sa valeur énergétique est certaine et démontrée. Sa gestion actuelle permet une maîtrise des stocks tout en conservant toutes les options ouvertes pour l’avenir. Une partie du plutonium est ainsi utilisée pour la fabrication de combustible MOX. A terme, le développement de réacteurs à neutrons rapides (4e génération) permettra une plus grande valorisation énergétique du plutonium. Comme pour l’uranium, il ne faut pas le confondre avec le plutonium très concentré en isotope 239 utilisé dans les armes et fabriqué dans des installations spécialisées.

Le thorium

Présent en abondance dans le sous-sol terrestre, le thorium est présenté comme une alternative possible à l’uranium pour alimenter les futurs réacteurs nucléaires de 4e génération. Pour amorcer un cycle au thorium, il est nécessaire d’avoir de l'uranium fissile (U-233 ou U-235) ou du plutonium fissile (Pu-239), un combustible mature et des installations adaptées. La production industrielle d'énergie à grande échelle grâce au thorium n'est donc pas pour demain : un réacteur commercial ne sera pas opérationnel avant 20 ou 30 ans.
 

Quatre grandes familles de rayonnements

Il existe quatre formes de rayonnements ionisants :

  • les rayonnements alpha : particules émises par des atomes radioactifs lors de leur désintégration, elles se caractérisent par une pénétration très faible dans l’air : une feuille de papier suffit à les arrêter ;
  • les rayonnements bêta moins : électrons de pénétration faible, pouvant parcourir quelques mètres mais bloqués par une feuille d’aluminium de quelques millimètres ;
  • les rayonnements gamma : ondes électromagnétiques très énergétiques, dotées d’une forte capacité de pénétration, capables d’atteindre quelques centaines de mètres. Pour les arrêter, une épaisse cloison de béton ou de plomb est nécessaire ;
  • les neutrons libres : indirectement ionisants, car dépendants des interactions avec les noyaux, ils ont une pénétration plus ou moins élevée mais impliquent un épais bouclier de béton, d’eau ou de paraffine. Ils sont notamment émis lors de la fission d’atomes d’uranium 235 dans les réacteurs nucléaires, ou présents aux altitudes de vol des avions longs courriers.

 


 

La conscience du risque

Irradiation ou contamination ?

Au début du XXe siècle, les applications de la radioactivité ont commencé à se développer à des fins médicales, et les dommages subis par les premiers radiologues ont mis en évidence le danger lié aux rayonnements ionisants lorsqu’ils sont mal maîtrisés. Un siècle plus tard, les chercheurs ont développé une connaissance fine de leurs effets. Ces derniers dépendent du mode d’exposition :

  • lorsqu’une source extérieure envoie à l’organisme des radiations (rayons gamma ou rayons X), l’irradiation est dite "externe". Le risque augmente avec l’intensité de la source et le temps d’exposition. L’irradiation cesse dès que l’on s’éloigne de la source.
  • lorsqu’un individu est amené à absorber, par voie orale, inhalation ou injection, des éléments radioactifs (rayons alpha et bêta, principalement), on parle d’irradiation interne ou de contamination. La radioactivité peut alors demeurer longtemps dans l’organisme, et endommager les cellules.

Des effets étudiés et connus

L'interaction d’un organisme vivant avec les rayonnements ionisants conduit à une ionisation de ses molécules. Les effets sont plus ou moins néfastes pour la santé, selon le type et la dose de rayonnements reçus, la durée de l’exposition et la zone concernée.  Les effets d’une radio-exposition excessive se manifestent à la fois sur le court et le long terme. Dans l’immédiat, ils induisent des brûlures. Sur le long terme, le risque est le développement de cancers ou de leucémies. Ce risque est avéré lorsque l’exposition dépasse 100 millisieverts, soit une dose très élevée.

Néanmoins, alors que certaines industries ont découvert les conséquences liées à leur activité tardivement, la conscience du risque a, dès le départ, été inhérente aux différentes utilisations de la radioactivité. Ainsi, l’industrie nucléaire s’est construite avec la perception des risques et a apporté des réponses adéquates.

La question de la faible dose

Les études menées depuis plusieurs décennies et à travers différents pays n’ont pas permis d’établir de manière indiscutable l’existence d’une corrélation entre la dose de rayonnements ionisants reçus et le développement de cancers ou d’autres maladies. Des études continuent d’être menées. En l’état actuel des connaissances, les « faibles doses » recouvrent une irradiation inférieure à 100 mSv.

Un risque « mesurable »

L’activité d’un élément radioactif correspond au nombre de désintégrations dans une certaine masse de cet élément. Elle est mesurée en becquerels. La dose absorbée (quantité de rayonnements absorbés par un organisme ou un objet) est exprimée en grays. Le sievert (Sv) renseigne, lui, sur l’impact biologique d’un rayonnement sur un organe (dose équivalente) ou sur l’organisme entier (dose efficace), en fonction de la sensibilité propre à chaque tissu.

L’impact d’une centrale nucléaire est estimé à 0,002 mSv/an, soit une dose très faible. En effet, les doses que reçoit la plus grande partie de la population, du fait de la radioactivité naturelle et des examens radiologiques, sont de l’ordre d’une dizaine de millisieverts par an.
 

Radioprotection : un usage strictement contrôlé des radiations

Une  réglementation très rigoureuse

La radioprotection est la démarche qui consiste à étudier les risques liés à la radioactivité et l’ensemble de mesures et de normes visant à s’en protéger. Elle vise, en application du principe de précaution, à réduire au minimum les expositions à la radioactivité due à l’activité humaine.

Les premières normes de protection internationales ont été fixées en 1928 par la Commission internationale de protection radiologique (CIPR). Celle-ci établit aujourd’hui la dose maximale admissible d'exposition, en dehors de la radioactivité naturelle et des examens médicaux, à 1 mSv par an, soit environ 40 % de l’exposition naturelle. Cette limite est aussi celle fixée par la réglementation française. En France, le contrôle de la radioprotection est, au même titre que celui de la sûreté nucléaire, du ressort de l’Autorité de sûreté nucléaire (ASN).

Un arsenal de mesures fixées au cas par cas

Les mesures de radioprotection consistent à garantir que l’irradiation externe n’augmente pas de manière significative l’exposition naturelle à la radioactivité.

Outre le respect des  normes légales, cinq règles générales s’appliquent:

  • s’éloigner de la source ;
  • disposer un ou plusieurs écrans entre la source et les personnes ;
  • diminuer le plus possible la durée d’exposition ;
  • attendre, autant que possible, la décroissance radioactive naturelle des éléments ;
  • dans le cas de gaz radioactifs, utiliser une dilution.

A l’intérieur d’une centrale : précaution maximale et suivi individuel des travailleurs

Pour les travailleurs du nucléaire, comme pour les personnels en médecine nucléaire, la limite de dose est fixée à 20 mSv sur douze mois - que l’exposition résulte d’une irradiation interne ou externe.

Tout est fait, au niveau des installations, pour garantir une protection maximale des travailleurs : murs de béton, parois en plomb, verres spéciaux chargés en plomb, etc. A ces précautions s’ajoute un programme de mesure et de suivi individuel pour prévenir toute contamination ou irradiation accidentelle.

Une surveillance médicale régulière est assurée (examen médical, évaluation dosimétrique individuelle, examens anthropo-radiométriques, avant et après chaque mission dans une zone nucléaire), le tout étant reporté sur un carnet de suivi. Ces informations sont collectées par l’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN). 

 
LE DOSIMETRE : COMPAGNON AU QUOTIDIEN DES TRAVAILLEURS DU NUCLEAIRE Outre les équipements traditionnels de protection (gants, combinaison), chaque employé d’une centrale nucléaire intervenant en zone nucléaire est tenu de porter deux dosimètres mesurant la quantité de rayonnements auxquels il a été soumis et permettant de s’assurer qu’il n’a pas reçu une dose supérieure à la norme tolérée.  L’un, électronique, mesure et affiche la dose en temps réel ; l’autre, nominatif, assure un suivi mensuel de l’exposition de l’individu.
 

Pas de risque accru de cancers pour les riverains des centrales

En décembre 2013, les commissions locales d’informations de la Manche (regroupées en InterCLI) ont publié un livre blanc consacré à « l’industrie nucléaire et le risque de cancers dans le département de la Manche ». S’appuyant sur des études radio-écologiques et épidémiologiques, le document montre que l’incidence des cancers dans la population aux abords des centrales est équivalente, voire inférieure à celle estimée en France sur l’ensemble du territoire.

Un plan d’action prédéfini en cas d’accident radiologique

Un plan de crise est prévu pour protéger les personnes et l’environnement en cas d’accident ou d’urgence radiologique. Des niveaux d’intervention ont été définis pour permettre aux pouvoirs publics d’évaluer la dangerosité et de mettre en place des actions adaptées :

  • si la dose prévisionnelle est supérieure à 10 mSv : mise à l’abri de la population
  • si la dose prévisionnelle dépasse 50mSv : évacuation des riverains
  • si la dose à la thyroïde risque d’être supérieure à 100mSv : administration de comprimés d’iode stable.

Et ailleurs…

Dans l’aviation, le personnel de bord, régulièrement exposé aux rayonnements issus de la radioactivité naturelle, bénéficie d’un suivi rapproché et d’un planning aménagé permettant d’espacer les vols.

Dans le milieu médical, les professionnels sont soumis à une surveillance régulière : les membres des services de radiographie ou radiothérapie, parce qu’ils sont quotidiennement exposés au rayon X ; les intervenants en médecine nucléaire, pour éviter toute contamination du fait de la manipulation de radio-isotopes.

 
LE RADON
Classé comme cancérigène, ce gaz radioactif, produit par la désintégration de l’uranium et du radium, est naturellement présent dans le sol et les roches.  Il représente le tiers de l’exposition de la population française aux rayonnements ionisants – essentiellement dans les régions granitiques, comme la Bretagne et le Limousin. La prise de conscience de ce risque a conduit les instances internationales à définir des recommandations pour surveiller et limiter l’exposition des populations. La France s’est dotée d’un plan national d’action depuis 2005.