Tableau 4-1 Quelques valeurs de radioactivité en rapport avec l’alimentation Tableau 4-2 Valeurs d’exposition annuelle de populations fortement exposées Régions à forte radioactivité tellurique Tableau 4-3 Mémento d’ équivalence des faibles doses et des doses reçues naturellement
Exposition naturelle et artificielle
Sources d’exposition naturelle
Origine terrestre (tellurique)
Éléments lourds
C’est une échelle à barreaux espacés, descendante. La perte de ces quatre nucléons allège de quatre son nombre de masse. La désintégration β –, transformation d’un neutron en proton, le fait « remonter d’une case » en gardant le même nombre de masse et en émettant une charge négative. C’est une échelle à barreaux rapprochés, ascendante.
Éléments légers
Origine cosmique
Exposition directe par le rayonnement cosmique
Radionucléides naturels secondaires
Origine interne
Exposition endogène
Exposition exogène
Radon
Radioactivité des aliments
Activité en Bq/kg
Sol
2 000
Engrais phosphatés
5 000
Pomme de terre
150
Lait de vache
60
Viande
100
Huile de table
180
Eau minérale
1 à 5
Eau de mer
13
Poisson
120
Crustacés
150*
*essentiellement due au210Po
Moyenne de la ration alimentaire
100
Contribution à l’exposition humaine
Pour les régions du monde les plus exposées, le niveau d’exposition correspond aux zones contrôlées vertes, voire jaunes, de la réglementation française.
Cause
Total annuel (mSv)
Montagne (3 500 m)
altitude
4,0
Personnel navigant
altitude
4,0
Bretagne, massif central, Vosges
granite
3,5
Inde, province de Kerala
thorium
10 à 70
Brésil (Espirito Santo)
thorium
30
Iran, ville de Ramsar
uranium, thorium
130
Dose
Correspondance en durée d’exposition au rayonnement naturel
2,4 mSv
1 an
0,2 mSv
1 mois
40 μSv
1 semaine
5 μSv
1 jour
0,2 μSv
1 heure
Sources d’exposition artificielle
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Exposition naturelle et artificielle
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« La radioactivité, c’est naturel ! » L’énoncé de cette évidence paraît incongru au public et souvent même aux médecins non spécialistes, tant le discours antinucléaire, abondamment relayé par les médias, a réussi à faire associer, dans l’inconscient collectif, radioactivité et nuisance. Nous verrons dans ce chapitre que la radioactivité est omniprésente et nous en détaillerons l’importance relative selon les sources, naturelles ou artificielles, en soulignant d’emblée que le rayonnement naturel est de même nature et a les mêmes effets biologiques que le rayonnement artificiel.
Elles sont d’origine terrestre, cosmique et interne.
Le rayonnement tellurique est la source principale de l’exposition des êtres vivants et il actuellement très inférieur à ce qu’il était lors de l’apparition de la vie. En effet, parmi les radionucléides naturels primitifs, tous les éléments initialement présents dont la période (T) était inférieure au million d’années ont disparu par désintégration naturelle. Seuls persistent les éléments à période longue, en deux familles principales selon leur poids atomique : les éléments lourds et les éléments légers. L’autre composante de la radioactivité naturelle est constituée d’éléments produits en permanence par l’action des neutrons d’origine cosmique sur des éléments stables terrestres et atmosphériques : ce sont les radionucléides naturels secondaires.
Ce sont l’uranium, sous la forme de ses isotopes 238 (T = 4,5.109 ans) et 235 (T = 0,7.109 ans) et le thorium 232 (T = 14.109 ans). Le mécanisme de la filiation qui conduit de l’uranium au plomb, par un jeu de désintégrations α et β – est schématisé sur la figure 4-1. La désintégration de l’uranium 235 et du thorium 232 produit d’autres isotopes des mêmes éléments intermédiaires et aboutit à d’autres isotopes du plomb.
Figure 4-1 Tableau de filiation de l’uranium 238 : la désintégration α, émission d’un noyau d’hélium, soit deux neutrons et deux protons, fait « descendre de deux cases » (perte de deux protons) l’élément dans la classification périodique, ce qui transforme l’élément initial en l’élément de numéro atomique situé deux cases en dessous.
Ce sont le potassium 40 (T = 1,3 milliard d’années) et le rubidium 87 (T = 4,5 milliards d’années). Le potassium 40 est à l’origine de l’essentiel de la radioactivité interne des êtres vivants. Chez un homme de 75 kg, il représente 6 000 Bq, c’est-à-dire que, chaque seconde, se produisent 6 000 désintégrations, avec émission de rayonnement β et γ très énergétique (cf. chapitre 1). Notons que le césium, situé dans la même colonne de la classification de Mendeleïev que le potassium, a des propriétés chimiques voisines, la même distribution que lui dans l’organisme et qu’il émet le même type de rayonnement β et γ, d’énergie plus faible. Ce point est important pour relativiser les conséquences de l’incorporation de cet élément, notamment après un accident nucléaire.
Le rayonnement cosmique provient des réactions nucléaires dans les étoiles de forte activité ou des explosions de supernovas, il baigne continuellement le système solaire. Le soleil lui-même émet des rayonnements, essentiellement protoniques, dont l’intensité varie cycliquement avec l’activité solaire. Le rayonnement cosmique entraîne une exposition externe directe et interagit avec des éléments terrestres ou atmosphériques pour former des radionucléides secondaires.
Elle est, au niveau de la mer, d’environ 0,4 mSv par an. Elle augmente avec l’altitude, à cause de la moindre filtration atmosphérique, à raison d’environ 0,5 mSv tous les 1 000 m. Elle est ainsi de 2 mSv à 3 900 m (La Paz, Bolivie). Durant les vols longs courriers à une altitude de 10 000 m, le débit de dose est, en moyenne, de 5 μSv/h. À 15 000 m, en vol supersonique (Concorde, avions de chasse), le débit de dose est de 10 μSv/h. Les astronautes en station orbitale reçoivent quotidiennement 0,8 mSv.
Ils sont très nombreux et résultent de l’action du rayonnement cosmique sur les atomes présents dans la planète et dans son atmosphère. Ils peuvent être des éléments lourds (comme le plutonium 239, produit naturellement par capture d’un neutron par un atome d’uranium 238) ou des éléments légers, comme le tritium, H 3, émetteur β de très faible énergie (19 keV) ou le carbone 14, émetteur β de 157 keV. Ce dernier est également présent dans tout organisme vivant. Chez un homme de 75 kg, il représente environ 4 000 Bq.
L’exposition interne est endogène ou intrinsèque, lorsqu’elle provient d’isotopes radioactifs d’éléments constitutifs de l’organisme, exogène lorsqu’elle provient de radionucléides incorporés par inhalation, ingestion ou injection. On parle alors de contamination, sauf s’il s’agit d’une substance administrée à des fins médicales de diagnostic ou de traitement.
Elle est constituée essentiellement du potassium 40 qui produit un rayonnement β d’environ 1,3 MeV et un rayonnement γ d’environ 1,4 MeV et du carbone 14, émetteur β pur d’énergie 157 keV, pour une activité moyenne totale d’environ 10 000 Bq chez un homme de 75 kg.
Elle est due principalement à l’inhalation de radon 222 et à la radioactivité naturelle des aliments.
C’est un gaz omniprésent dans l’air. C’est un produit de filiation de l’uranium 238. Émetteur α de période courte (4 jours), il se désintègre en d’autres émetteurs α (polonium et plomb) qui irradient l’épithélium bronchique et alvéolaire au contact. L’activité totale résultant de la désintégration d’un atome de radon et de celle de ses descendants est de 5 Bq. La concentration en radon est très variable selon les endroits et les conditions d’habitat. Elle est en moyenne, en France, de 65 Bq/m3 et l’on estime (UNSCEAR) que la dose annuelle résultante est d’environ 10 nSv. h-1/Bq. m-3, ce qui conduit, selon le taux de présence dans les bâtiments, à des doses annuelles de 1 à 2 mSv par an. Dans certaines conditions, où la concentration dans l’air ambiant dépasse 1 000 Bq/m3, la dose annuelle peut dépasser les 20 mSv. Le polonium 210, mis en vedette à l’occasion de la contamination criminelle d’un résident russe au Royaume-Uni est un émetteur α de forte énergie (5,3 MeV) et de forte activité massique. Il est omniprésent, comme le radon dont il descend, mais se concentre dans certains végétaux (tabac) et crustacés (moules, à raison de plusieurs centaines de Bq par kg de produit sec). En contamination volontaire, on estime que quelques dizaines de microgrammes, correspondant à quelques GBq, suffisent à induire des effets graves, potentiellement mortels, chez l’homme.
L’alimentation est également source de radionucléides exogènes. Le tableau 4-1 donne quelques exemples d’activité de notre environnement alimentaire. Signalons à ce propos, que l’irradiation des aliments afin de les stériliser ou d’empêcher leur germination se fait à dose très forte (plusieurs milliers de grays) mais qu’elle n’augmente pas leur radioactivité spontanée.
Il découle de ce qui précède que le rayonnement naturel varie considérablement d’une région à une autre, selon la composition du sous-sol et selon l’altitude. Par exemple, si l’on prend comme référence la valeur de 2,4 mSv, correspondant à l’exposition moyenne annuelle au rayonnement naturel de régions au sol sédimentaire, contenant peu d’ éléments radioactifs, comme le centre de la France ou la Belgique, on constate que la dose totale de rayonnement reçue en Bretagne (sol granitique) est augmentée de 50 %, soit 3,5 mSv environ. En montagne (Alpes), la dose individuelle est augmentée par le rayonnement cosmique et elle est en moyenne de 3 mSv par an à 1 500 m d’altitude (fig. 4-2 ). Cette variation connaît des amplitudes encore plus grandes de par le monde, et peut même dépasser, dans certaines régions, la dose maximale admissible annuelle des professionnels de catégorie A (tableau 4-2 ).
Figure 4-2 Variation de l’exposition moyenne annuelle au rayonnement naturel selon les régions (en mSv) : on constate que la variation par rapport au niveau de base (Île-de-France) peut aller jusqu’ à 50 %, soit 1 mSv supplémentaire par an pour certaines régions (Bretagne).
La dose reçue par unité de temps du fait de l’exposition au rayonnement naturel représente une « échelle de valeurs » commode pour apprécier les niveaux de dose, en particulier dans le domaine des faibles doses (tableau 4-3 ).
Elles résultent de l’activité médicale, des retombées des essais nucléaires aériens et de l’activité nucléaire civile.
