Mesure de la radioactivité et protection civile

Risques associés à la radioactivité naturelle (II)

Découverte par Antoine-Henri Becquerel en 1896, la radioactivité est présente naturellement dans l'air à des doses évidemment infimes ainsi que dans les roches terrestres sous différentes concentrations.

Ce rayonnement est propre à certains éléments chimiques instables. La plupart se sont formés dans l'espace lors de l'explosion des supernovae, un cataclysme stellaire libérant tellement d'énergie qu'il est capable de synthétiser tous les éléments chimiques du tableau de Mendéléev. C'est au cours de la formation du système solaire que ces éléments radioactifs (radionucléides) ont été incorporés dans les planètes telluriques.

Il existe deux sources naturelles de radionucléides : les rayons cosmiques et les rayonnements d'origine terrestre.

Les rayonnements d'origine cosmique

Le rayonnement cosmique est divisé en deux composantes : le rayonnement primaire véhiculé par les rayons cosmiques d'origine solaire ou galactique et le rayonnement secondaire qui résulte de l'interaction des rayons cosmiques avec les constituants de l'atmosphère terrestre.

Annuellement, la dose effective de rayonnement cosmique reçue par individu est d'environ 0.38 mSv (38 mrem) mais elle varie considérablement en fonction de l'altitude. Ainsi, elle est d'environ 0.27 mSv au niveau de la mer, d'environ 0.8 mSv à 2200 m (Mexico) et d'environ 2 mSv à 3900 m d'altitude (La Paz, Bolivie).

Les rayons cosmiques produisent également divers radionucléides suite à leurs interactions avec les molécules de l'atmosphère. Le plus abondant est le carbone-14 qui est également assimilé par l'organisme (tant qu'il est vivant) et qui génère une dose effective annuelle par personne d'environ 0.012 mSv.

Les rayonnements d'origine terrestre

Parmi les éléments radioactifs naturels présents sur Terre, il ne subsiste que ceux dont la demi-vie est comparable ou forcément supérieure à l'âge de la Terre. Les principaux éléments participant à cette radioactivité naturelle sont le potassium-40, le thorium-232 et les trois isotopes de l'uranium 234, 235 et 238. En émettant leur radioactivité, ces éléments se transmutent spontanément en éléments plus "légers" et moins radiotoxiques (thorium, radon, etc jusqu'au plomb). Ils sont principalement présents dans l'écorce terrestre et dans certains types de sols, dont la concentration varie en fonction du socle où ils se sont formés.

 La période d'activité (demi-vie) de ces radionucléides diminue progressivement jusqu'à ce qu'ils deviennent stables et inoffensifs. Leur période oscille entre quelque secondes et plusieurs milliards d'années :

Il faut ajouter à cette liste le radon-222. Créé lors de la formation de la Terre, ce gaz est issu de l'uranium. Il est notamment émis par le granit, au point d'atteindre localement, dans certaines montagnes, des concentrations hautement radiotoxiques. La réglementation européenne fixe la limite de concentration en radon-222 à 400 Bq/m³ dans les anciennes habitations (en Belgique cela représente environ 5% de l'immobilier dans le sud et le sud-est du pays) et à 200 Bq/m³ dans les nouvelles habitations.

Le radon est dangereux car c'est un émetteur de particules alpha (hélions He²⁺) qui sont nocives au contact direct des cellules vivantes (< 5 cm de distance) car elles sont constituées de particules lourdes et très chargées, offrant un fort pouvoir d'ionisation. C'est également un gaz qui se diffuse dans l'air que l'on respire et qui peut donc provoquer des cancers du poumon. En revanche, ses trois isotopes ont des périodes radioactives très courtes oscillant entre 3.9 sec et 3.8 jours. Tous ces facteurs impliquent qu'il est nécessaire d'aérer les espaces intérieurs qui sont sujets à des émanations de radon.

A lire : Brochures sur le radon, SCK-CEN

L'exposition aux rayonnements naturels terrestres s'opère de trois manières : par exposition externe directe, par exposition interne ou encore par ingestion ou inhalation de poussières radioactives. La dose d'exposition effective externe annuelle à laquelle nous sommes exposés est d'environ 0.46 mSv par personne mais varie d'un facteur 2 ou 3 en fonction de la géologie du sous-sol.

La dose d'exposition interne (mis à part la respiration du radon) est d'environ 0.23 mSv. Le potassium-40 contribue à 75% de cette dose avec les produits de décroissance de l'uranium et du thorium.

La radioactivité artificielle

La population est exposé directement et indirectement à des sources de radioactivité artificielles, il suffit de penser aux retombées des explosions nucléaires en atmosphère. Mais il y en a quelques autres.

Parmi les sources directes il y a les instruments médicaux de diagnostic et de radiothérapie (appareil de radiographie, PET Scan, etc). Ces radiations ionisantes atteignent des doses effectives annuelles oscillante entre 0.4 et 1.6 mSv par an et par personne pour les diagnostics et environ 0.7 mSv par an et par personne pour la radiothérapie (en exclant les doses reçues pour les traitements des organes). Dans les deux cas, les doses varient largement entre pays.

Les sources indirectes de radioactivité sont toutes celles résultant de la libération de radionucléides des suites du fonctionnement normal ou des accidents qui surviennent dans les installations nucléaires civiles et militaires

Il y a tout d'abord les tests des armes atomiques réalisés en atmosphère entre 1945 et la fin des années 1990, très intenses durant la période 1950-1960. De grandes quantités de radionucléides ont été libérés dans l'atmosphère jusque dans la stratosphère où ils ont été dispersés avant de retomber très lentement sur tout le globe.

Un large spectre de produits de fusion et de fission fut libéré durant ces essais mais les dépôts actuels sont essentiellement limités à des radionucléides à longue vie tel que le césium-137 et le strontium-90 dont la période est voisine de 30 ans.

Juste avant l'accident de Tchernobyl par exemple, les doses effectives moyennes de césium-137 mesurées en Europe résultant des tests des armes nucléaires étaient d'environ 1000 Bq/m² par an sur l'Europe occientale (Suède jusque France et Espagne et Sud de l'Italie) et trois fois plus élevée sur l'Europe centrale. En 1998, aux latitudes moyennes (40-50°N) où l'exposition fut la plus importante, la dose effective moyenne était d'environ 0.009 mSv par an et par personne, essentiellement due au césium-137.

Si on exclut les accidents survenus dans les centrales nucléaires, la seconde source de radioactivité artificielle comprend la production d'énergie destinée à des fins civiles et militaires (y compris tout le cycle de l'uranium depuis son extraction dans les mines, son enrichissement, son utilisation dans les réacteurs, son retraitement, etc), la fabrication des armes nucléaires, la production des radioisotopes, la réentrée atmosphérique des satellites munis de pile à combustible, les sources industrielles de rayonnements (radiographie industrielle y compris nucléaire, stérilisation), etc.

Mis à part les accidents, la contribution de ces sources est faible comparée aux autres doses auxquelles nous sommes exposés. A la fin des années 1980/début 1990 les doses effectives générées par ces sources variaient entre 0.1 mSv et 0.0.2 mSv par an et par habitant. Les populations vivants près de ces installations nucléaires ont reçu des doses plus élevées de l'ordre de 1 à 20 mSv et jusqu'à quelques centaines de mSv près des grands sites de retraitement.

Les accident nucléaires

L'accident de Tchernobyl survenu en 1986 fut évidemment une dramatique exception à cette dose d'exposition artificielle aux rayonnements ionisants. Pour un dépôt donné de césium-137, la dose reçue par la population a largement varié en fonction de nombreux facteurs : le lieu, les habitudes des populations (le temps passé à l'extérieur, le type de bâtiment, les habitudes alimentaires, etc), l'âge des habitants, les caractéristiques des surfaces et en particulier les terres et la végétation sur lesquelles les poussières se sont déposées, le climat, etc.

Les caractéristiques du sol et des végétaux ont fortement influencé le transfert de césium du sol vers les plantes ou les animaux. Dans les cas extrêmes ont a relevé des différences d'un facteur 10 à 100 ! Même en considération le même aliment, on obtient parfois des différentes d'un facteur 3 dans un rayon de 1000 km.

En 2004, si la contamination du lait ou des légumes en césium-137 était redevenue très faible voire négligeable (0.01 à 0.30 Bq/kg), la consommation de certains gibiers ou de baies sauvages restait limitée pour éviter de dépasser les seuils sanitaires.

Devant des variations aussi importantes, il n'est pas étonnant que les mesures effectuées sur les échantillons par différentes experts soient aussi disparates que la diversité de nos aliments (Cf par ex. ces tableaux et les relevés effectués périodiquement par les agences de contrôle nucléaire).

On estime toutefois en moyenne qu'en 1998 la dose de césium-137 effective était d'environ 1 à 2 mSv pour 1000 Bq/m² par an et par personne, les plus faibles étant évidemment relevées en Europe de l'Ouest (Ouest de la Belgique, centre de l'Angleterre, Ouest de la France, Espagne). Bien sûr localement les pics ont été 3 à 30 fois plus élevés durant des semaines sinon plus longtemps, occasionnant probablement quelques cancers de la thyroide à terme chez certains individus. Bien que le lien de cause à effet ne puisse pas être démontré, des indices vont dans ce sens.

En Ukraine et en Bélarus, les doses effectives moyennes de césium-137 furent de l'ordre de 20 mSv pour 1000 Bq/m² par an et par personne mais localement elles atteignirent des doses alarmantes, au point que le bétail et la végétation subirent d'importantes mutations en quelques années.

Au bout de 30 ans, le césium-137 se transmute en baryum-137 stable. S'il est libéré dans l'atmosphère, durant 30 ans toute les régions touchées resteront contaminées et la population ne pourra pas revenir chez elle au risque de contracter un cancer des voies respiratoires, du sang ou de divers organes. Etant donné que la radioactivité du césium-137 est divisée par 1000 au bout de 300 ans, certains endroits furent exposés à des doses tellement élevées qu'ils resteront dangereux durant plusieurs siècles. C'est particulièrement le cas de toute la région entourant Tchernobyl et de quelques villes situées plus au nord.

Après cet accident, les concentrations en césium radioactif sont également restées élevées en Europe, surtout dans certains sols de l'Est de la France, en Corse, en Italie et dans toutes les dépressions accumulant les pluies ou les organismes tirant leurs substance directement de la terre. 20 ans après Tchernobyl, certaines espèces de champignons, les baies et le gibier sauvages présentaient encore des concentrations de césium-137 frôlant le seuil de toxicité. Mais nous avons vu à propos des effets de l'accident de Tchernobyl en Belgique qu'il faut prendre ces mesures avec circonspection et parfois relativiser leur impact. Ainsi, la pollution d'un canal d'évacuation par exemple, ne représentant pas la pollution moyenne régnant dans une région. Mais il est vrai que localement il reste des "taches" contaminées au sol ou dans les aliments mais elles ne vous affecteront pas si le contact n'est que temporaire.

Echelle INES

Heureusement, à ce jour aucun pays européen n'a connu d'accident nucléaire majeur. La gravité des accidents est classée dans l'Echelle INES (International Nuclear Event Scale) présentée à droite dont l'amplitude est identique à celle des échelles qui mesurent la gravité de certains phénomènes naturels (séismes, cyclones…). Elle est destinée à faciliter la perception de l'importance des incidents ou accidents survenant dans les installations nucléaires.

Seuls les événements ayant un impact, même potentiel, sur la sûreté nucléaire des installations sont pris en considération. 

Les événements nucléaires sont classés dans 7 catégories suivant leur importance, allant de l'anomalie (1) à l'accident majeur (7).

Toutes les centrales nucléaires et centres de recherche connaissent des "écarts", des incidents de faible importance classés en-dessous de l'échelle INES (Niveau 0) ou des anomalies de niveau 1 liées à des défaillances matérielles ou des erreurs humaines.

Les principaux accidents nucléaires

L'Europe connut malgré tout quelques incidents graves et des accidents où il eut une contamination importante dans l'installation et une exposition aiguë des travailleurs : incendie d'un silo à La Hague en France en 1981 (Niveau 3), accident à Saint-Laurent-des-Eaux en France en 1980 (Niveau 4) et incendie à la centrale de Vandellos en Espagne en 1989.

Selon mes sources personnelles (des ingénieurs et techniciens nucléaires retraités), les centrales nucléaires ou les centres de recherche ont également connu des incidents de Niveau de 2 souvent tenus sous silence exposant des travailleurs au-delà des limites légales d'exposition annuelle. Bien que cela soit trop tard pour le vérifier aujourd'hui, je serais curieux de visiter les tombes d'anciens travailleurs du nucléaire pour relever leur taux de radioactivité, aussi bien en Belgique qu'en France.