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Pouvoir de pénétration (exposition externe). Lerayonnement alpha (constitué de noyaux d'hélium) estarrêté par une simple feuille depapier. Lerayonnement bêta (constitué d'électrons ou depositons) est arrêté par une plaque d'aluminium. Lerayonnement gamma, constitué dephotons très énergétiques, estatténué (et non arrêté) quand il pénètre de la matière dense, ce qui le rend particulièrement dangereux pour les organismes vivants. Il existe d'autres types de rayonnements ionisants. Ces trois formes sont souvent associées à laradioactivité.Nouveau pictogramme de risque contre les rayonnements ionisants, transféré le par l'AIEA àISO. Il doit remplacer le pictogramme jaune classique, uniquement « dans certaines circonstances, spécifiques et limitées ».
Pour les organismes vivants, les rayonnements ionisants peuvent être nocifs, voire mortels en cas de dose élevée. Les rayons ionisants sont de natures et de sources variées. Leurs propriétés dépendent de la nature des particules constitutives du rayonnement et de leur énergie.
Les rayonnements les plus énergétiques transfèrent assez d’énergie auxélectrons de la matière pour les arracher de leuratome. Les atomes ainsi privés de certains de leurs électrons sont alors chargés positivement. Les atomes voisins qui accueillent les électrons se chargent négativement.
Les atomes chargés positivement ou négativement sont appelés « ions ». Les atomes qui ont perdu au moins un électron sont devenus des ions positifs (cations), tandis que les atomes qui ont reçu au moins un électron sont devenus des ions négatifs (anions). Les rayonnements capables de provoquer de telles réactions sont dits « ionisants ».
Par leur énergie, les rayonnements ionisants sont pénétrants, c’est-à-dire qu’ils peuvent traverser la matière. Le pouvoir de pénétration dépend du type de rayonnement et dupouvoir d'arrêt de la matière. Cela définit des épaisseurs différentes de matériaux pour s'en protéger, si nécessaire et si possible.
Pénétration moyenne. Les particules β− sont desélectrons. Ces derniers sont émis avec des énergies variant de quelques keV à quelques MeV. Ils peuvent donc atteindre des vitesses élevées souvent relativistes. Cependant, chargés électriquement, ils vont être arrêtés par la matière et les champs électromagnétiques environnants. Une feuille d’aluminium de quelques millimètres peut arrêter les électrons. Un écran d'un centimètre deplexiglas arrête toutes les particules bêta d'énergie inférieure à2MeV. Pour se protéger, il importe avant tout que le corps émetteur du rayonnement bêta ne soit pas ingurgité.
Lesneutrons sont surtout présents dans lesréacteurs nucléaires ; ils sont émis, par exemple, lors de lafission d’atomes d’uranium 235. Les neutrons sont aussi présents aux altitudes de vol des avions long-courrier et subsoniques : ils participent à 30 % de la dose reçue par le personnel navigant.
Leur pénétration dépendant de leur énergie.
Lebore et lecadmium, neutrophages,absorbent (capturent) les neutrons.
Une forte épaisseur d’eau ou deparaffinemodère (réduit la vitesse) les neutrons.
Pénétration très grande, fonction de l’énergie du rayonnement et de la nature du milieu traversé.
Chaque matériau est ainsi caractérisé par unecouche de demi-atténuation qui dépend de sa nature, du type de rayonnement et de l'énergie du rayonnement. La couche de demi-atténuation (ouépaisseur moitié) est l'épaisseur nécessaire pour réduire de moitié la valeur du débit de dose de rayonnements X ou γ. On définit selon le même principe une épaisseur dixième, qui ne laisse passer que 10 % du débit de dose.
Les rayonnements ionisants sont présents sur la Terre depuis sa création. Les progrès scientifiques ont amené à l'utilisation de rayonnements ionisants produits artificiellement. Ces rayonnements ont donc aujourd'hui des origines très diverses.
Lesrayonnements cosmiques sont des rayonnements ionisants d'origine naturelle. Ils peuvent provenir duSoleil mais également d'autres sources galactiques et extra-galactiques. Ils sont constitués denoyaux atomiques, departicules de haute énergie et derayonnements électromagnétiques. Leur interaction dans l'atmosphère produit des élémentsradioactifs, dits d'origine cosmogénique, ainsi que despions se désintégrant en produisant desmuons.
les radionucléides d'origine cosmogénique sont produits dans l'atmosphère par lesrayonnements cosmiques avant de retomber sur Terre. Parmi eux, on peut citer lecarbone 14 (14C) ou encore letritium (3H) ;
les radionucléides d'origine tellurique sont présents sur la Terre depuis sa formation. Certains, possédant unepériode radioactive courte par rapport à l'âge de la Terre ont pratiquement disparu. D'autres, ayant une longue période radioactive, sont les plus abondants mais ne présentent pas une forteactivité. Ce sont les radioéléments ayant une période radioactive de l'ordre de grandeur de l'âge de la Terre qui sont responsables de la majeure partie de la radioactivité tellurique : lepotassium 40 (40K), l'uranium 238 (238U) ;
les radioéléments d'origine artificielle sont souvent produits de manière contrôlée dans descyclotrons ou dans desréacteurs nucléaires. Elle est aujourd'hui présente dans l'environnement essentiellement du fait des essais nucléaires atmosphériques, des catastrophes nucléaires et des différents rejets de radioéléments utilisés en médecine ou dans les centrales nucléaires. L'iode 131 (131I) et lecésium 137 (137Cs) sont des radioéléments d'origine artificielle.
Un rayonnement qui pénètre dans la matièreinteragit avec les éléments du milieu et transfère de l’énergie. Un rayonnement ionisant possède assez d'énergie pour créer des dommages dans la matière qu'il traverse. Dans un organisme vivant, il peut endommager certains constituants cellulaires (ADN,organites notamment).Le corps est quotidiennement naturellement exposé à une faibledose de rayonnement, mais dans ces conditions, des mécanismes intra-cellulaires réparent la plupart des lésions produites. En cas d'exposition à de fortes doses, ces mécanismes sont dépassés et peut alors apparaître un dysfonctionnement de l'organisme, une pathologie, voire la mort. C'est pourquoi, idéalement, l'exposition aux rayonnements ionisants, lorsqu'elle est nécessaire ou inévitable, doit rester la plus faible possible en vertu des principes deradioprotection.
Pour apprécier à leur juste valeur les risques liés aux rayonnements ionisants, il est nécessaire de s'intéresser à ceux d'origine naturelle auxquels les humains ont toujours été exposés. Tous les organismes vivants y sont adaptés et semblent capables de corriger, jusqu’à un certain degré, les dégâts dus à cette irradiation naturelle.
En France, l’exposition annuelle moyenne de la population aux rayonnements ionisants est d’environ 2 mSv. À cetteradioactivité naturelle s'ajoutent des rayonnements de sources artificielles. Ces rayonnements sont du même type que ceux émis par des sources naturelles et leurs effets sur la matière vivante sont, à dose égale, identiques. Ce sont essentiellement les radiographies médicales ou dentaires, et moindrement des rayonnements provenant de radionucléides ingérés ou inhalés (avec la fumée de cigarette par exemple). En France, leSystème d'information de la surveillance de l'exposition aux rayonnements ionisants (SISERI) collecte les données des mesures de radioprotection des travailleurs soumis aux rayonnements ionisants.
Seulement 1,5 % provient d’autres sources comme lesretombées des essais aériens des armes nucléaires et les retombées de lacatastrophe de Tchernobyl, mais leur effet peut être très aggravé lorsque la contamination est interne, à la suite d'une inhalation ou d'une absorption (cas les plus courants) deradionucléides dans les aliments.
L'exposition à la radioactivité naturelle reste largement inférieure à une exposition directe aux rayonnements ionisants dus, par exemple, à desaccidents de centrales atomiques, où l'on est confronté à des valeurs de 100 à plus de 10 000 mSv.
Elle a lieu lorsque le sujet se trouve exposé à des sources de rayonnements qui lui sont extérieures (substances radioactives sous forme de nuage ou de dépôt sur le sol, sources à usage industriel ou médical…). Elle peut concerner tout l’organisme ou une partie seulement de celui-ci. Elle cesse dès que l’on n’est plus sur la trajectoire des rayonnements (cas par exemple d’une radiographie du thorax).
Exposition interne (due à une contamination interne)
Elle survient quand des substances radioactives (contenant des radionucléides) se trouvent à l’intérieur de l’organisme. Ces dernières provoquent une irradiation interne.
Tous lesradioisotopes ne sont pas éliminés naturellement (urines…) à la même vitesse. Certains peuvent s’accumuler dans desorganes spécifiques (os,foie…) avant d’être évacués du corps.
Pour chacun des éléments radioactifs, on définit, en plus de sa période radioactive, unepériode biologique.
On[Qui ?] n'a pas démontré de conséquences sanitaires au rayonnement naturel, sauf pour des sujets présentant une hypersensibilité telle l'ataxie télangiectasie. Selon une hypothèse controversée (hormèse), il y aurait peut-être même au contraire des effets bénéfiques auxfaibles doses d'irradiation. En effet, dans certaines régions du monde (Ramsar (Iran),Kerala (Inde)), les doses reçues par les habitants dépassent240 fois les doses généralement conseillées par les normes internationales. De plus, certaines études montrent que ces populations ne sont pas plus affectées que celles des régions avoisinantes, et il semble avoir plutôt un effet positif[9]. D'autres études montrent par contre un nombre élevé d'aberrations génétiques, des perturbations de l'immunité (taux élevé d'allergies) et une élévation de la stérilité chez les femmes[réf. nécessaire].
Les rayonnements ionisants que nous recevons de sources naturelles ont des origines diverses et se répartissent en trois principaux types :
Le débit d’équivalent de dose dû aux rayonnements cosmiques est en moyenne de 0,3 mSv/an auniveau de la mer. Mais il varie considérablement en fonction de l’altitude et de lalatitude (voir le tableau ci-dessous).
Cela a pour conséquence que certaines populations subissent une exposition plus importante que la moyenne. Le tableau ci-dessous donne les équivalents de dose reçus par les populations de villes situées en altitude.
Nous sommes exposés aux rayonnements dus auxradioéléments présents dans lacroûte terrestre. Il existe une cinquantaine de radioéléments naturels dont la plupart font partie des trois familles naturelles duthorium, de l’uranium et de l’actinium.
C’est le thorium qui existe en quantité la plus importante (10ppm en moyenne). On trouve ensuite l’uranium (2 à 3 ppm), puis l’actinium.
La chaleur interne de la Terre provient, selon une proportion d'environ 80 %, de celle produite par la radioactivité naturelle du sol. Voir l'articleGéothermie.
Éléments radioactifs naturels absorbés par inhalation ou ingestion
Des émanations gazeuses de certains produits issus de la désintégration de l’uranium contenu dans le sol tels que leradon, ou lepotassium des aliments dont nous retenons une partie dans notre organisme (élément dont nous maintenons en permanence un stock d'environ 165 g par personne), provoquent chez chacun d’entre nous, en moyenne, une irradiation de 1,55 mSv par an. La principale source d’irradiation naturelle est le222Rn, gaz naturel radioactif. Elle représente environ un tiers de l’irradiation reçue et augmente dans les régions granitiques.
Le potassium étant un élément important de notre constitution et vital au bon fonctionnement de nos cellules (environ 165 g par personne), l’isotope40K de cet élément contribue à uneactivité intérieure constante d'environ 5 000 Bq, auxquels viennent s'ajouter une part similaire due à l'activité de l'ensemble des autres isotopes instables de notrecorps.
Exemple : radioactivité de différents milieux naturels :
Le tableau suivant résume la contribution des diverses composantes de la radioactivité naturelle. Il faut toutefois se souvenir que ce sont des valeurs moyennes susceptibles de variations importantes en fonction de l’altitude, de la latitude et de la composition du sous-sol.
L’essor du radiodiagnostic a été un des facteurs essentiels du progrès médical au cours duXXe siècle. Les équivalents de dose délivrés par les différents types d’examens varient considérablement en fonction de la profondeur des organes étudiés et de la dimension du segment de l’organisme concerné. À côté des appareils classiques, sont apparus progressivement des appareils plus perfectionnés (« scanners ») qui, associés à des ordinateurs, permettent de réaliser des images en coupe (tomographies) de l’organisme.
Doses délivrées lors des examens les plus courants en radiodiagnostic
Laradiothérapie externe est un des traitements de base des cancers. On utilise généralement des rayonnements de haute énergie émis par des sources decobalt radioactif60Co ou par desaccélérateurs de particules.
Dans certains traitements dits de curiethérapie, un corps radioactif est placé, soit au contact immédiat des tissus à irradier, soit implanté sous forme d’aiguilles radioactives (iridium,césium). Les doses classiquement administrées sont élevées (40 à 80 Gy) et espacées dans le temps pour permettre aux tissus sains de se régénérer. Les techniques d'implantation définitive de grains radioactifs (iode,palladium) sont en expansion.
La médecine nucléaire utilise des isotopes radioactifs pour l’exploration de l’organisme humain. Elle consiste à injecter un isotope radioactif qui se fixe dans la partie à explorer et de réaliser une image à l’aide d’une caméra à scintillation (scintigraphie).
Voici une vue synthétique des principales sources d'exposition avec les équivalents de dose correspondants.
Il ne faut pas perdre de vue qu'il s'agit de valeurs moyennes et que certains groupes d'individus (tels les travailleurs de l'énergie nucléaire et les populations habitant dans certaines régions) sont exposés à des équivalents de dose plus importants.
Inventaire général des engagements de dose (mSv/an) pour un individu moyen
Lesrayons X ont d'abord été utilisés pour laradiographie, et lesUV pour traiter lerachitisme. Et lamédecine nucléaire utilise de plus en plus l'ionisation externe et/ou interne de tissus par une source radioactive pour traiter certains cancers.
Depuis lesannées 1980, l'industrie agroalimentaire utilise l'« ionisation alimentaire » (parfois aussi dénomméepasteurisation à froid)[10], notamment dans certains pays (États-Unis, Australie, France, Belgique, République tchèque, Italie, Pays-Bas, Pologne, Royaume-Uni, etc.), principalement pour prévenir les risques d'intoxication alimentaire et/ou deparasitose. La technique permet de stériliser dans leur masse la totalité du produit exposé et d'allonger le temps de conservation de divers aliments. Les rayons gamma, le faisceau d'électrons ou les rayons X sont aujourd'hui autorisés et utilisés dans plus de soixante pays pour traiter des graines, épices, fruits et légumes (importés notamment),viandes rouges et blanches, œufs en coquille,poissons,amphibiens (cuisses de grenouilles importées),crustacés,mollusques (huîtres par exemple) et desaliments industriels (ex. :nugget de poulet)[11].Bactéries etparasites y sont tués en quelques secondes à quelques dizaines de minutes par destruction de leur ADN et/ou ARN. L'irradiation en deçà d'une certaine dose délivrée est considérée comme sûre, mais elle peut altérer le goût (rancissement), elle altère la composition et la qualité des aliments gras (forte perte devitamine E et devitamine C notamment, et apparition de sous-produits issus de laradiolyse, dont divershydrocarbones volatils[12] et des molécules de la famille desalkylcyclobutanones (ou2-alkylcyclobutanones ou2-ACB). On connait au moins33 composés volatils (hydrocarbures,aldéhydes,cétones) issus de la radiolyse des lipides. Leur teneur croît avec la dose/durée d'irradiation, à des degrés divers selon le composé[12]. Parmi le plus importants de ces composés, figurent six molécules :tridécane,1-tétradécène,tétradécane,1-pentadécène,pentadécane et2-DCB, qui toutes ont une concentration croissant linéairement en fonction de la dose d'irradiation (cinétique d'ordre zéro, sauf pour letridécane et letétradécane issus de l'acide grastripalmitine caractérisé, lui par un taux de croissance de premier ordre). Le traitement semble moins efficace contre les virus mais en2011, mais l'EFSA considère qu'il est utile pour diminuer la charge virale portée par certains aliments[13].
Le même traitement sert à supprimer lagermination de tubercules (ex. :pomme de terre) et de bulbes (ex. :ail,oignons)[14]. Comme l'irradiation de certains aliments évite (dérogatoirement) leur mise enquarantaine et certains contrôles dans les ports ouaéroports, cette technique a été encouragée[11].
↑Uneionisation consiste à créer desions, c'est-à-dire des entités chimiques decharge électrique positive ou négative, contrairement auxatomes ou auxmolécules dont la charge électrique est nulle.
↑(en)UNSCEAR, Sources, Effects and Risks of Ionizing Radiation. Volume I: Report to the General Assembly and Scientific Annex A. UNSCEAR 2013 Report, United Nations sales publication E.14.IX.1, United Nations, New York, 2014.
↑UNSCEAR,Developments since the 2013 UNSCEAR Report on the Levels and Effects of Radiation Exposure due to the Nuclear Accident following the Great East-Japan Earthquake and Tsunami. A 2016 white paper to guide the Scientific Committee's future programme of work, United Nations, New York, 2016.
↑UNSCEAR,Developments since the 2013 UNSCEAR Report on the Levels and Effects of Radiation Exposure due to the Nuclear Accident following the Great East-Japan Earthquake and Tsunami. A 2017 white paper to guide the Scientific Committee's future programme of work, United Nations, New York, 2017.
↑Sources, Effects and Risks of Ionizing Radiation, UNSCEAR 2020 Report, Annex B: Levels and effects of radiation exposure due to the accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station: implications of information published since the UNSCEAR 2013 Report (Advance Copy), février 2021.
↑J. de Kervasdoué,Les prêcheurs de l'apocalypse,p. 98.
Lynn, M., 1967,Ionizing radiations in forests and forestry (excluding the use of radio-active tracers),Forestry Abstracts, 28 (1), Comm. For. Bureau Oxford.
