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Radioactivité : de la nature à la production par l'Homme

Dossier - L'énergie nucléaire de A à Z
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Au seul mot nucléaire, certains frissonnent. Reviennent à leur esprit les cours d'histoire et le champignon atomique ou encore le drame de Tchernobyl. Mais d'où vient cette énergie et que se passe-t-il derrière les murs d'une centrale nucléaire ?

  
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La radioactivité n'a pas été inventée par l'Homme. Il existe, dans la nature, une cinquantaine d'atomes capables de se modifier en émettant des rayonnements radioactifs. Mais l'Homme a ensuite pu reproduire cette radioactivité.

Noyau atomique de l'hélium. © Frank H, Wikipédia, domaine public

Radioactivité : les lois de la nature

La radioactivité est présente dans la nature. Cela signifie que les noyaux instables se transforment spontanément en libérant des particules dont le flux est appelé rayonnement radioactif. La radioactivité est une réaction nucléaire spontanée.

L'unité de la radioactivité est le becquerel (Bq) du nom du physicien français. Un Bq correspond à la transformation d'un atome par seconde.

Les rayons cosmiques (rayons qui arrivent sur Terre en provenance de l'univers), l'écorce terrestre, l'eau, l'air, les matériaux, le corps humain, les aliments, etc. sont à l'origine de l'irradiation permanente que nous subissons. Le lait, par exemple, a une activité de 50 Bq par kilo. Cette activité est très faible et totalement naturelle. L'activité d'un enfant de 5 ans est de 500 Bq et celle d'un adulte de 70 kilos de 10.000 Bq.

Puisque les noyaux instables se désintègrent, le nombre d'atomes naturellement radioactifs diminue au fil du temps. La période radioactive (temps nécessaire à la désintégration de la moitié des noyaux radioactifs d'un élément) varie entre 0,00000001 seconde et plusieurs millions d'années. Ainsi, la radioactivité naturelle est utilisée comme outil de datation. En évaluant la quantité d'atomes radioactifs dans un échantillon, les scientifiques peuvent en effet estimer l'âge de fossiles, etc.

Désintégration radioactive. © Futura-Sciences

Les rayonnements radioactifs alpha, bêta et gamma

Il existe deux catégories de rayonnements radioactifs :

  • Les rayonnements a (alpha) correspondent à l'émission de noyaux d'hélium. Les particules a sont très ionisantes (voir encadré). Une simple feuille de papier suffit à les arrêter et elles sont donc dangereuses uniquement en cas d'absorption (inhalation, ingestion, etc.) ;
  • Les rayonnements b (bêta) correspondent à des émissions de particules telles que les électrons. Le rayonnement b est moins ionisant et donc plus pénétrant. Il est dangereux pour la peau. Une épaisseur d'aluminium est cette fois nécessaire pour l'arrêter.
Rayonnements alpha et bêta. © DR

Des rayonnements g (gamma) accompagnent souvent les radioactivités a et b. Il s'agit là de l'émission de photons (particules de lumière) très énergétiques. Ils pénètrent facilement la matière et interagissent avec les atomes, provoquant l'émission d'électrons fortement ionisants. Le rayonnement g est le plus dangereux pour l'Homme. Il ne peut être stoppé que par d'importantes épaisseurs de béton ou de plomb.

Les ions créés par la pénétration dans les tissus vivants de rayonnements radioactifs sont principalement nocifs pour l'ADN et les enzymes, des structures indispensables à la vie. De nombreux pionniers de l'exploration de la radioactivité en ont fait l'expérience à leurs dépends (brûlures superficielles pour Becquerel, leucémie pour Marie Curie, etc.). Mais, les cellules les plus sensibles à ces rayonnements sont les cellules les moins différenciées. Ainsi, on peut les utiliser pour traiter et détruire des cellules cancéreuses (curiethérapie et radiothérapie).

Et l'Homme réinvente la radioactivité

Si la radioactivité existe à l'état naturel, l'Homme a rapidement appris à produire des noyaux radioactifs en bombardant des noyaux stables avec des particules a. La radioactivité artificielle provient également de l'utilisation de rayonnements à des fins médicales, industrielles ou militaires. Les centrales nucléaires qui produisent de l'électricité produisent également de la radioactivité. Toutefois, près des deux tiers de la radioactivité reçue par le public en France reste d'origine naturelle.