La Radioactivité et ses conséquences

La découverte de la radioactivité en tant que telle par P. et M. Curie fait partie des grandes avancées de notre siècle. Grâce aux connaissances acquises la radioactivité sera par la suite le sujet de nombreuses applications (médicale, énergétique (économique), militaire, etc.) et de nombreux débats.

La radioactivité est une propriété de transformation de quelques éléments par modification du noyau atomique (= désintégration) en d’autres éléments. Ces éléments sont appelés des radionucléides. De cette désintégration, s’en suit une émission de rayonnements ionisants. Ces radiations sont de différentes natures et portent des énergies différentes. Nous avons :

- Rayon α : noyau d’hélium à pouvoir pénétrant faible (ne traverse pas la peau ni le papier).

- Rayon β : électron à pouvoir pénétrant moyen (peu traverser la peau mais pas l’aluminium).

- Rayon Gamma : photons à pouvoir très pénétrant (peu traverser le béton et le plomb).

Les radionucléides sont des atomes instables qui vont disparaître plus ou moins vite au cours du temps. A chaque type correspond une période (= la demi-vie) pendant laquelle la moitié des atomes auront disparu, tels que la demi-vie du radon 222 = 3.82 jours

de l’uranium 238 = 4.5 milliards d’années

En fait, l’action des radionucléides se mesure par son émission de rayonnement. Pour cela, en médecine et autres sciences, les radionucléides sont de très bons marqueurs, facilement repérables, que l’on peut suivre dans tous les types de milieu. Ainsi de grands progrès ont pu être fait sur les travaux de datation en géologie, sur l’action de certaines molécules en médecine, etc.

Mais nous connaissons encore mal les actions de ces radiations sur les milieux et les organismes. Les actions peuvent être lentes, selon le composé, l’intensité de l’irradiation, du lieu de la radiation, de l’organisme touché… Donc avant de répondre, dans la mesure du possible, à ces questions, on doit se demander quelles sont les différentes sources de rayonnements émis dans l’environnement.

Sources d’irradiation

Les rayonnements émis dans l’environnement ont différentes sources (je ne parlerais pas des quantités d’émission de ces rayonnements pour éviter toute discussion de chiffre).

- Les rayonnements naturels : rayons cosmiques, intérieur du corps, croûte terrestre…

- Irradiations médicales, diagnostiques et thérapeutiques.

- Retombées des explosions nucléaires militaires.

- Rejet des centrales nucléaires :

à dû à l’activité normal : l’étanchéité des barrières n’est jamais parfaite, échantillonnage et traitement au niveau du circuit primaire pour les contrôles, évacuation d’effluents liquides et gazeux très faiblement radioactifs, et déchets solides sous contrôle.

à dû à accidents tels que Tchernobyl.

- Extraction minière et transport des produits radioactifs

- Fabrication par purification et enrichissement du combustible nucléaire.

- Retraitement des déchets nucléaires.

Pénétration des radionucléides dans l’environnement et la chaîne alimentaire

Afin de connaître le devenir des radionucléides dans l’environnement, les écosystèmes sont décomposés en compartiments radio-écologiques. De cela on peut tirer les relations de concentration existant entre ces différents compartiments, c’est ce qu’on appelle la fonction de transfert. Les conditions de transfert dépendent du radionucléides émis, des conditions de rejet, du climat…

De plus dans les écosystèmes certaines espèces fixent plus facilement certains radionucléides. Ces espèces seront des bio-indicateurs radio-écologiques. On y compte des organismes simples (zooplancton, mousse, lichen…), des espèces parasites et symbiotiques (champignons), des végétaux à grand pouvoir d’occupation de sol, des organismes filtrant beaucoup l’eau (mollusques). Grâce à ces bio-indicateurs on peut connaître l’état radio-écologique d’un milieu.

Souvent les radionucléides se dispersent en premier lieu dans l’atmosphère, puis dans le milieu aquatique et souterrain.

Dans l’atmosphère on peut supposer que les radionucléides s’ils sont dans la haute atmosphère, y restent. Mais il peut y avoir pénétration de la troposphère (= injection troposphèrique).

Les radionucléides en contact avec les milieux terrestres et aquatiques peuvent se fixer de nombreuses façons. Ils peuvent migrer dans le sol (fort pouvoir de rétention), dans les sédiments ou dans la matière en suspension. Or le sol et la matière en suspension sont des sources de nourriture (l’atmosphère est source d’oxygène). De ce fait, les radionucléides peuvent être fixer par les organismes. Il y a un transfert du sol dans les organismes photosynthétiques, puis de ces derniers dans les organismes autotrophes (tout le long de la chaîne alimentaire).

Le transfert dans les plantes et dans les animaux se fait soit par dépôt sur la surface externe, soit par pénétration dans l’organisme (translocation foliaire, absorption racinaire, inhalation et ingestion).

Les radionucléides vont, de plus, être plus sensibles à certains organes (= organes cibles) où ils seront en forte concentration tels que les muscles, les glandes, l’exosquelette…

Afin de connaître les conséquences de ces transferts, on doit faire diverses mesures, et observer les effets biologiques de ces radiations sur les organismes.

Mesures des expositions et effets biologiques des radiations sur l’homme

Mesures

- L’activité de source de rayonnement = quantité de rayons émis.

- Doses reçues par les organismes et par les milieux. Mais on se heurte à plusieurs problèmes. Les particules émises ont un pouvoir de pénétration s’exprimant dans un large éventail, et on doit prendre en compte le transfert linéique d’énergie, c’est à dire la quantité d’énergie perdue sur un parcours donné dans un matériau donné. (les sources de radiation seront plus ou moins irradiantes en fonction de la taille et de la constitution de ce qui la contient). Les doses absorbées par les organismes sont converties en équivalent biologique de doses en Sievert (Sv). L’inconvénient de la mesure en Sv est de confondre tous les effets des différents types de radiation.

Grâce à ces données nous pouvons mesurer les effets des radiations ionisantes sur les organismes. Nous savons déjà que les effets sont très variables selon les particules en jeu, et sont soumis à des conditions particulières. On peut séparer les effets en deux catégories :

- Les effets précoces déterministes : ces effets apparaissent à partir d’un seuil de radiation dont la gravité dépend de la dose reçue. Ils peuvent être la source de troubles digestifs, de stérilité transitoire ou définitive, de modification de la production hormonale (en particulier la thyroïde, produisant entre autres l’hormone de croissance), de cataracte de l’œil, maladies de la peau.

- Les effets tardifs, stochastiques : ils peuvent être d’ordre génétique ou cancérigène.

Les effets génétiques sont moins fréquents que ce que l’on a cru, suite à des études sur les survivants et leurs descendants des catastrophes d’Hiroshima et de Nagasaki. Les effets se font au niveau des cellules germinales. Soit par mutations chromosomiques, qui sont généralement létales, soit par mutations géniques (les gènes sont altérés, mais souvent ce ne sont pas des gènes spécifiques, et ne s’expriment pas).

Les effets cancérigènes : les radiations augmentent les risques naturels de cancer, en agissants sur les cellules somatiques. Les différentes radiations ont des affinités pour des tissus différents. Les glandes, les os (indirectement le sang), les muqueuses. Et donc l’émergence du cancer varie selon le tissu touché. De plus, les doses d’irradiation émises modifient le temps d’expression : le délai est d’autant plus grand que la dose est faible (les rayonnements à transfert linéique d’énergie élevé sont plus cancérigènes).

Des études ont été faites sur les survivants des bombes atomiques lâchées sur Hiroshima et Nagasaki, et sur les travailleurs des industries nucléaires. Ces deux études ont permis de comparer des conditions d’irradiation courtes et intenses, avec des irradiations longues et faibles.

On a recensé parmi 76000 japonais, 6000 décès par cancer dont 200 par leucémie. Sans les radiations il y aurait eu 5300 décès par cancer dont 100 par leucémie. Et parmi 96000 travailleurs : 4000 morts par cancer dont plus de 100 par leucémie.

Pour les victimes des bombes on constate que le nombre de cancer augmente assez peu, mais par contre les morts par leucémie double. Pour les travailleurs le nombre de cancer diminue, mais le nombre de leucémie augmente. De ces études on tire que les risques de cancer sont relativement faibles, mais les leucémies sont fortement accrues. Mais le plus gros problème reste que l’on mesure assez peu d’effets et qu’il réside encore beaucoup d’incertitude sur les relations dose/effet. Et donc ces estimations sont relativement incertaines.

En fin j’aborde un cas particulier : la femme enceinte. Le développement d’un individu passe par plusieurs stades. Les irradiations vont agir de manière différente selon le stade de développement :

- Période de pré-implantation : A ce stade, les cellules sont différenciées et totipotentes. Si les cellules sont soumises à une irradiation courte à forte dose, la réaction sera du type tout ou rien c’est à dire que l’embryon mourra ou non, mais cela n’induira pas de malformation.

- Période d’organogenèse : c’est là que se mettent en place les tissus et les organes. C’est à cette période pour des raisons évidentes, que les risques de malformation sont maximums.

- Période fœtale : les organes sont en maturation, période d’histogenèse. Ce qui encoure des risques de malformation du système nerveux.

Remarque : il n’y pas eu de dégâts recensés par irradiation naturelle ! ! !

Conclusion

La radioactivité, source de radiation, est un outil pour l’homme qui peut être d’une grande utilité, sur plusieurs plans. Mais nous pouvons constater que son exploitation pour des besoins énergétiques est uns source non négligeable de déchets, ayant des conséquences bio-écologiques encore mal-définies. Les radionucléides s’insèrent facilement dans la chaîne alimentaire et agissent sur des tissus sensibles tels que la moelle osseuse, la thyroïde. Leurs effets sur l’organisme sont encore très mal connus du fait de la récente exploitation des connaissances dans ce domaine, et du faible nombre de cas permettant des mesures en conditions adéquates. Nos connaissances sur les capacités d’action des radiations sont encore au stade embryonnaire, bien qu’elles nous permettent déjà d’importantes applications dans le domaine de la médecine par exemple.

Des recherches approfondies sur leurs effets sur l’environnement et les organismes doivent précéder une exploitation intense des ressources radioactives alors que l’on soupçonne qu’il y a des conséquences plus ou moins graves. Mais ce n’est pas dans nos habitudes d’être prudent, particulièrement quand les enjeux économiques sont très importants. C’est un schéma classique : découverte, exploitation intensive avec de forts enjeux pécuniers, non-mesures des conséquences (application de la politique du «je réparerais, à peu près, quand ce sera cassé, en attendant j’en profite à donf ! »)… jusqu’à la, voir les catastrophes.

Rédiger sur PC le 30/07/2000

D’un travail de 97/98

Option l’homme et la biosphère

En maîtrise BPE