Q U E S A I S - J E ?

Environnement et radioactivité

C O L E T T E C H A S S A R D - B O U C H A U D Docteur es Sciences

Université Pierre-et-Marie-Curie de Paris

ISBN 2 13 045783 5 x . — iWU

Dépôt légal — 1™ édition : 1993

C Presses Universitaires de F r d k i ç e J ^ p 108, boulevard Saint-Germain,

INTRODUCTION

« Le savoir que l'on ne com- plète pas chaque jour diminue tous les jours. »

Proverbe chinois.

« La radioactivité existe depuis le big-bang qui a marqué l'origine de l'Univers et toutes les espèces vivantes ont vécu dans un bain de radiations dont l'intensité varie notable- ment d'un point à l'autre du globe », écrivait récemment Maurice Tubianal. Et l'environnement dans tout cela ?

D'abord qu'est-ce que c'est ? L'environnement c'est l'ensemble des éléments naturels ou créés par l'homme, qui entourent les êtres humains, les animaux et les végé- taux. Sa variabilité est extrême, soit naturellement, soit par action de l'homme qui laisse des traces, marque la terre, l'atmosphère, les eaux continentales et océaniques. Réciproquement, l'environnement agit sur les êtres vivants, sur leur santé, sur leur descendance...

Notre environnement est radioactif certes, mais l'irra- diation due aux activités humaines, médicales, indus- trielles, civiles ou militaires est très inférieure à l'irradia- tion naturelle hautement variable en fonction du temps, du lieu et des conditions de vie.

Le couple « environnement-radioactivité » est indisso- lublement lié mais le domaine concerné est tellement vaste que tenter de faire le point est une entreprise difficile et périlleuse. Le risque est donc pris d'apporter ici, à la suite des nombreux ouvrages publiés, quelques complé- ments d'information concernant les diverses activités du nucléaire, les sources et les effets des radiations sur le corps humain, les grands accidents, le démantèlement des

1. Directeur honoraire de l'Institut Gustave-Roussy, membre de l'Académie des sciences et de l'Académie de médecine.

installations et bien sûr, la radioécologie, la surveillance et la protection de l'environnement.

Sa protection en effet, est devenue un des thèmes d'in- térêts principaux. Cela vaut tant pour les Etats que pour la Communauté européenne, puisqu'il est reconnu que les pollutions radioactives ou non ne connaissent pas de frontière1.

Le traité de 1957 instituant la Communauté euro- péenne de l'Energie atomique (Euratom) place l'énergie nucléaire au rang des ressources essentielles au dévelop- pement industriel. En France actuellement, l'énergie nucléaire fournit plus de 75 % de l'électricité.

« L'énergie nucléaire vient-elle à son heure pour parti- ciper à la sauvegarde de la création, dans un monde dont les ressources sont menacées par l'explosion du nombre et des appétits des hommes ? Ou bien est-ce le symbole même de la folie technicienne qui s'est emparée de l'hu- manité et qui la conduira à sa perte ? Entre ces deux opi- nions extrêmes, les convictions — ou les inquiétudes — oscillent et se cherchent. La catastrophe de Tchnernobyl a-t-elle tranché le débat par l'évidence de sa démesure ? »2

« Le vrai problème du nucléaire est un problème de société. Il est humainement sûr et ses bienfaits écologiques sont bons à prendre, dans une société évoluée dont les régu- lations fonctionnent convenablement, où les organismes chargés du contrôle de la sécurité allient la compétence et la rigueur morale, où les constructeurs sont fiables, où les exploitants respectent les procédures, où les agents d'entre- tien ont la religion de la maintenance. Le nucléaire est dan- gereux dans un pays où le respect des normes est mal contrôlé, dans un pays où les disciplines industrielles n'ont pas pénétré les mœurs, dans un pays où la maintenance est peu gratifiante et n'intéresse pas les ingénieurs. »'

1. La politique de l'environnement dans la Communauté européenne : Objectif 1992.5/1990.

2. Marcel Boiteux, Le nucléaire, l'écologie et Tchernobyl, EDF, CB 5172.

3. Ibid.

Chapitre 1

UN PEU D'HISTOIRE OU LA RADIOACTIVITÉ...

DEPUIS QUAND ?

I. — Les origines et les premières utilisations

Depuis l'origine des temps la radioactivité fait partie de l'environnement et de l'homme lui-même mais depuis quand le sait-il ? Au IVe siècle avant J.-C., le philosophe grec Démocrite (vers 460-370) est le premier à imaginer la matière comme un assemblage de particules ultimes et indivisibles : les atomes1. Cette conception ne procède ni d'observation, ni d'expérience mais plutôt d'intuitions.

En 1556, le physicien Georgius Agricola note dans son ouvrage De re metallica une forte mortalité parmi des mineurs qui exploitent en Europe centrale des gisements qui, quatre cents ans plus tard, se révèlent être riches en radium. A l'époque romaine, des eaux aux vertus curatives avaient déjà incité la création de stations thermales en divers points du globe2.

Entre 1920 et 1940 se développe une thérapie à base de radium et de radon. On injecte le radium par voie intraveineuse : on trouve d'ailleurs dans le commerce des petits appareils qui per- mettent, chez soi, d'ajouter du radon à l'eau de boisson. Le « Radiumator » est muni d'une pompe à main qui permet d'in- jecter directement des bulles d'air provenant d'une source de

1. Du grec atomos qui ne peut être coupé. 2. Actuellement encore figurent sur les étiquettes de bouteilles d'eau

minérale de plusieurs pays, le taux de radioactivité de la source d'où elles proviennent : telle l'eau « Appia » dont la source située près de Rome mentionne 0,2 mCi/1.

radium, dans un verre d'eau. Une autre variante le « Revigator » aboutit aux mêmes résultats. Pour soigner les lésions diverses on recommande l'utilisation de compresses radioactives (dosées à 0,1 mg de radium 226) dont le label « Radiumchema » est même certifié et garanti par l'Institut du Radium de la Faculté des sciences de Paris.

Une « réclame » parue en 1925 (fig. 1) dans le journal l' Illus- tration conseille aux arthritiques une cure de Radio-Omniasels contenus dans des ampoules de radium, de durée mille cinq cents ans, livrées avec un certificat de contrôle du Laboratoire Curie, de l'Institut du Radium.

Une des premières utilisations techniques du radium est de rendre lumineux les chiffres sur les cadrans des pendules et bous- soles : des traces de radium ajoutées à une suspension de sulfure de zinc provoquent un scintillement. En 1924, un dentiste new- yorkais surpris de diagnostiquer des cancers de la mâchoire chez de nombreuses jeunes filles et femmes s'aperçoit après une courte enquête que ses patientes dont le travail consistait à peindre des chiffres lumineux sur des cadrans, léchaient la pointe de leur pin- ceau pour en affiner l'extrémité, préalablement trempée dans une peinture radioactive. Cette affection très caractéristique de la mâchoire fut d'ailleurs appelée radium jaw. Mise au courant, Marie Curie comprit vite les relations de cause à effet.

II. — Les pionniers du nucléaire

En 1895, Wilhelm Rôntgen (1845-1923) découvre un rayonnement invisible, de même nature que la lumière mais beaucoup plus pénétrant puisqu'il peut traverser la matière et impressionner ensuite une plaque photogra- phique. Il appelle X ce rayonnement inconnu. Les méde- cins comprennent immédiatement son intérêt et l'utilisent pour leurs recherches médicales : c'est le début de la radiologie.

En 1896 le savant français Henri Becquerel (1852-1908) découvre la radioactivité naturelle. Il utilise pour ses expé- riences des sels d'uranium qu'il expose au soleil pour les rendre fluorescents et tente de savoir ensuite s'ils émet- traient un rayonnement X. Un jour de mauvais temps, il range sa plaque photographique au-dessus des sels d'ura- nium qui n'ont pas pu être exposés au soleil. Constatant que la plaque a cependant été impressionnée, il en conclut

que l'uranium émet des rayonnements particuliers qu'il appelle uraniques. Sa découverte est à l'origine des tra- vaux de Pierre (1859-1906) et Marie (1867-1934) Curie avec lesquels il partage le prix Nobel de physique en 1903. Le couple parvient, après des mois de travail exténuant, à extraire de plusieurs tonnes de minerai d'uranium, deux corps fortement radioactifs : le polonium ainsi appelé en souvenir du pays natal de Maria Sklo- dowska : la Pologne, et le radium.

« Malgré le diplôme, qui me confère la dignité et la maturité d'une personne qui a terminé ses études, je me sens incroyable- ment bête... je considère avec une véritable satisfaction mon état d'intégrale stupidité. » Maria Sklodowska alors âgée de 15 ans, écrivait en ces termes à une amie'. A 19 ans, elle affirmait : « Mes plans pour l'avenir ? je n'en ai pas ou plutôt ils sont si ordinaires et si simples que ce n'est pas la peine d'en parler », cependant elle s'inscrivait à la Sorbonne, l'Université de Paris déjà fréquentée par 12 000 élèves et professeurs. Après trois ans d'études elle y est reçue première à la licence ès sciences physiques, puis à la licence ès sciences mathématiques.

Le 26 décembre 1898, la Note relatant la découverte du radium est présentée et publiée dans les Comptes Rendus de l'Académie des Sciences2. Un témoin de l'époque écrivait : « Le laboratoire où avait été découvert le radium tenait de l'écurie et du cellier à pommes de terre et si je n'avais pas vu la table de tra- vail avec son matériel de chimie, j'aurais cru à un canular. »

Puis, P. et M. Curie obtiennent la possibilité d'utiliser un petit local situé à Paris au 12 rue Cuvier, dans l'arrière-cour d'un bâtiment fréquenté encore aujourd'hui, chaque année, par des dizaines de milliers d'étudiants en science et en médecine de l'Université P. et M.-Curie. A côté de la porte de ce petit local qui n'a jamais cessé de servir de laboratoire — actuellement encore, à un professeur d'Ecologie — on peut lire : « Dans ce laboratoire Pierre et Marie Curie poursuivirent leurs recherches sur la radioactivité de 1904 à 1914. »

C'est la gloire et les Curie sont continuellement harcelés par les journalistes toujours avides de sensationnel. Pierre Curie s'amuse lors de réunions entre amis, à sortir de sa poche un tube contenant des sels de radium dont il qualifie la mystérieuse lueur

1. Marie Curie, derrière la légende, Robert Reid, 1979, Ed. Seuil. 2. P. Curie, M. Curie et G. Bémont, C.R. Acad. Se., 127, 1898, -

p. 1215.

bleutée de lumière du futur . Alors que Pierre voi t sa c a n d i d a t u r e échouer à l 'Académie des Sciences, M a r i e sout ient sa thèse le 25 j u i n 1903 : elle est la première f emme à ob ten i r le titre de Doc- teur ès sciences physiques de l 'Université de Pa r i s avec la m e n t i o n très honorab le . A u p l an in te rna t iona l la r e n o m m é e d u couple suscite de nombreuses invi ta t ions ; c 'est lors d ' u n e conférence à la Roya l Ins t i tu t ion de L o n d r e s que Pierre renverse p a r acc ident un peu de r a d i u m que l 'on détecte encore c inquan te ans après.

Le r a d i u m acquier t une no tor ié té ina t t endue , p u i s q u ' o n le re t rouve c o m p o s a n t p h o s p h o r e s c e n t du c o s t u m e d ' u n e célèbre meneuse de la revue des Folies Bergères ! Les Cur ie se r enden t à S tockho lm p o u r recevoir le p r i x Nobel de physique et, lors de sa conférence, Pierre présente des échant i l lons de r a d i u m p o u r en m o n t r e r les propr ié tés ; il t e rmine ainsi son exposé : « On p e u t concevoir que, dans des mains criminelles, le radium puisse devenir très dangereux et ici l 'on peu t se demander si l 'humani té à avantage à connaître les secrets de la nature, si elle est mûre pour en prof i te r ou si cette connaissance ne lui est p a s nuisible. » C ' e s t ainsi que le physicien, de plus en plus affaibli, t ra i te ra dans sa dernière N o t e à l 'Académie des Sciences1, des effets expér imentaux des é m a n a - t ions radioact ives sur les souris et les cochons d ' Inde .

Le 19 avril 1906, Pierre Cur ie qui se r end chez Gauth ie r -Vi l - lard, édi teur des t r avaux de l 'Académie des Sciences, y t r ouve por te fermée p o u r cause de grève. D ' a p r è s des témoins, il se serait ensuite « l i t téra lement je té » sous l 'a t telage d ' u n e voi ture à cheval. Faiblesse physique, mora le , acte vo lon ta i re ou acciden- tel ? de nombreuses hypothèses difficilement vérifiables sont émises alors. M o i n s d ' u n mois après le d r ame , M a r i e Cur i e qui retravail le avec a c h a r n e m e n t dans son l abora to i re de la rue

Cuvier se voit p ropose r u n poste de « chargée de cours » qui pré- cède sa n o m i n a t i o n de professeur t i tulaire dans la chaire spécia- lement créée p o u r son mar i , avec un t r a i t emen t annue l de 10 000 F. Devenue alors la première femme de F r a n c e à accéder à l ense ignement supérieur , elle suscite des commen ta i r e s sévères d 'un c h r o n i q u e u r de l ' époque qui, ass is tant à sa conférence inau- gurale à la Sorbonne , écrit dans Le Jou rna l d u 6 no-

vembre 1906 : « Si la femme est admise à d o n n e r l ' enseignement supér ieur aux é tud ian ts des deux sexes, o ù sera déso rma i s la pré- t endue supériori té de l ' homme mâle ? E n vérité, je vous le dis : le temps est p roche où les femmes dev iendron t des êtres humains . » Le 8 novembre 1911, Mar ie Curie reçoit le p r i x Nobel de chimie et devient alors la première personne — et pas seulement la pre-

1. C. Bouchard, V. Balthazard et P. Curie, CR. Acad. Sc., 138, 1904, p. 1385.

mière f emme — à ob ten i r deux prix N o b e l de sciences. « Le trai- t emen t miracle » qui pe rme t de soigner les t umeurs avec des sources radioact ives condu i t à la c réa t ion dans la p lupa r t des pays européens d ' Ins t i tu ts du Radium. M a r i e obt ien t la c réa t ion de son p r o p r e ins t i tu t achevé le 30 juillet 1914 et situé rue Pierre- Curie . A lo r s n o m m é e directeur du service de radiologie de la C r o i x - R o u g e p e n d a n t la guerre, elle t r anspor t e pa r le t rain son précieux g r a m m e de r a d i u m — frac t ion impor t an t e des réserves na t iona les — protégé p a r 20 kg de p l o m b j u s q u ' a u coffre d ' u n e b a n q u e bordelaise , avan t de le r apa t r i e r à Par is à l ' Ins t i tu t du R a d i u m a u m o m e n t de l 'armistice.

Très sollicitée pa r la c o m m u n a u t é scientifique in ternat ionale , Mar ie Cur ie effectue de nombreuse s missions à l 'é tranger. P o u r fêter son dépa r t p o u r les E ta t s -Unis — où on la s u r n o m m e the radium woman, la revue J e sais tout organise un gala à l 'Opéra de Par is en présence de Sa rah B e r n h a r d t et de Sacha Gui t ry .

M a r i e Cur ie poursu i t ses activités de recherche tou t en m a u - g réan t con t re l ' incessant t rafic des voi tures d a n s la rue Pierre- Cur ie et qui déréglai t ses ins t ruments de mesure. Elle alerte le préfet de Police qui modifie, à sa demande , le réseau des sens un iques de la capitale.

Après avoir fait p reuve d ' u n e su rp renan te résistance au mal engendré pa r sa p rop re découver te de la radioactivité, s 'é teint en 1934 celle, que l 'on avait s u r n o m m é e La vestale du Radium.

Les premiers pas d u nucléaire sont aussi m a r q u é s pa r les tra- vaux d ' E r n e s t R u t h e r f o r d (1871-1937) qui découvre le n o y a u de l ' a tome et réussit la première t r a n s m u t a t i o n artificielle. En colla- b o r a t i o n avec Niels B o h r (1885-1962) ils met ten t au point le modè le de l' « a t o m e planéta i re » ( l ' a tome é tan t const i tué d ' u n n o y a u de charge posit ive en tou ré d ' u n cortège d 'é lectrons char- gés négat ivement) .

E n 1934, I r è n e C u r i e ( 1 8 9 7 - 1 9 5 6 ) e t s o n m a r i F r é d é r i c

J o l i o t ( 1 9 0 0 - 1 9 5 8 ) d é c o u v r e n t l a r a d i o a c t i v i t é ar t i f ic ie l le .

F r é d é r i c J o l i o t d i r i g e e n s u i t e l a c o n s t r u c t i o n d e la p r e -

m i è r e p i l e a t o m i q u e f r a n ç a i s e : l a p i l e Z O E ( d e p u i s s a n c e

p r o c h e d e Z é r o , a l i m e n t é e p a r l ' O x y d e d ' u r a n i u m e t m o d é r é e à l ' E a u l o u r d e ) . D u 15 d é c e m b r e 1948 ( d a t e d e

s o n d é m a r r a g e ) j u s q u ' a u 6 a v r i l 1976 ( d a t e d e s o n a r r ê t )

c e t t e p i l e a l l a i t p e r m e t t r e p e n d a n t v i n g t - h u i t a n s , l ' é t u d e d e s r é a c t i o n s n u c l é a i r e s e t la p r o d u c t i o n d e r a d i o é l é -

m e n t s , n o t a m m e n t d e p l u t o n i u m .

C h a p i t r e I I

R A P P E L

D E Q U E L Q U E S N O T I O N S D E B A S E :

S T R U C T U R E D E L ' A T O M E

O U L A R A D I O A C T I V I T É

Q U ' E S T - C E Q U E C ' E S T ?

I . — S t r u c t u r e d e l ' a t o m e

L'atome est constitué d'une partie centrale, le noyau, entouré d'une partie périphérique formée d'électrons, par- ticules chargées négativement (fig. 2).

Le noyau est lui-même constitué de particules appelées nucléons qui sont de deux sortes : les protons porteurs d'une charge positive et les neutrons sans charge.

Fig. 2. — Représentation schématique de l'atome d'hydrogène et de l'atome d'uranium.

On représente le noyau d'un atome ou nucléide par la notation :

dans laquelle : X est le symbole chimique de l'élément ; A est le nombre total de nucléons (protons + neutrons) ; A est appelé le nombre de masse ; Z est le nombre de protons ; Z est appelé nombre atomique ou numéro atomique.

Ex. : le noyau de l'aluminium naturel de symbole chi- m i q u e A l e s t r e p r é s e n t é p a r i i A l .

Il contient 27 nucléons dont 14 neutrons et 13 protons. Chaque élément chimique qui a des propriétés caracté-

ristiques est défini par son numéro atomique : il remplit une des « cases » de la classification périodique de Mende- leïev (voir annexe 1).

Un élément chimique peut être constitué de noyaux qui diffèrent entre eux par le nombre de neutrons : on dit qu'il s'agit d'isotopes.

Ainsi l'hydrogène naturel est constitué de 3 isotopes : l'hydrogène « léger », le deutérium et le tritium :

Les deux premiers sont des isotopes stables, le troisième est radioactif.

De même l'uranium naturel est constitué de 3 isotopes, tous radioactifs :

II. — La radioactivité et les rayonnements ionisants

De nombreux atomes sont stables, ils ne subissent au cours du temps aucune transformation.

D'autres atomes sont instables : ce sont des atomes radioactifs appelés aussi radionucléides. Ils se désintègrent

spontanément en émettant des rayonnements ionisants ; ainsi ils disparaissent plus ou moins vite au cours du temps suivant une période caractéristique de chacun d'entre eux.

La période, appelée aussi demie vie est la durée au bout de laquelle, la moitié des atomes du radionucléide initiale- ment présents a disparu en se désintégrant, la période varie en fonction des radionucléides : elle peut être de moins de 1/100e de seconde jusqu'à plusieurs milliards d'années.

Quelques exemples : Radon 222 (222Rn) 3,82 jours Iode 131 ("'1) 8,06 jours Césium 137 (137CS) 30 ans Tritium (3H) 12,3 ans Plutonium 239 (239PU) 24 400 ans Uranium 238 (238U) 4,5 milliards d'années Potassium 40 (40K) 1,28 1 0' ans

Les rayonnements ionisants sont de différentes natures et porteurs de différentes énergies (fig. 3) : — les rayons alpha (Ot) sont constitués par des noyaux

d'hélium et leur pouvoir de pénétration est très faible. Ils sont arrêtés par une feuille de papier ou par les couches superficielles de la peau ;

— les rayons beta (p) sont constitués par des électrons et ils ont un pouvoir de pénétration moyen. Ils peuvent traverser les couches superficielles de la peau, mais sont arrêtés par une feuille d'aluminium ;

Fig. 3. — Pouvoirs de pénétration des rayonnements dans la matière, selon leur nature (alpha, beta ou gamma).

COLLECTION ENCYCLOPÉDIQUE fondée par Paul Angoulvent

D e r n i e r s t i t r e s p a r u s

2787 Sociologie du couple J.-C. KAUFMANN

2788 Le système des castes R. DELIÈGE

2789 Le produit J. BRENOT

2790 Textes de philosophie politique classique (de la Renaissance à la Révolution) B. KRIEGEL

2791 Les Negro Spirituals et les Gospel Songs R. SACRÉ

2792 La politique extérieure du Japon F. JOYAUX

2793 Le principe de subsidiarité C. MILLON-DELSOL

2794 L'Encyclopédie M. PINAULT

2795 Histoire du pétrole E. DALEMONT et J. CARRIÉ

2796 Le coiinguisme R. BALIBAR

2797 Environnement et radioactivité C. CHASSARD-B OU CHAUD

2798 La politique extérieure et sociale de la Ve République A.-D. SCHOR

2799 Les territoires d'outre-mer Y. PIMONT

2800 L'infographie B. POINSSAC

2801 Les réseaux et leurs enjeux so- ciaux H. BAKIS

2802 Les eaux minérales J.-F. AUBY

2803 Le cinéma français sous l'Occu- pation J.-P. BERTIN-MAGHIT

2804 Le travail intérimaire G. CAIRE

2 8 0 5 L e r e d r e s s e m e n t d ' e n t r e p r i s e J . - F . D A I G N E

2 8 0 6 L e d r o i t n a t u r e l

A . S É R I A U X

2 8 0 7 L a n o u v e l l e p s y c h o l o g i e A . M U C C H I E L L I

2 8 0 8 L a c h a n s o n d e g e s t e F . S U A R D

2 8 0 9 L e t é l é t r a v a i l

R . - M . L E M E S L E e t J . - C . M A l i l ) T

2 8 1 0 L a m a î t r i s e d e l ' é n e r g i e J . - B . L E S O U R D e t J . - Y . F A B E R O N

2 8 1 1 L ' a r m e é c o n o m i q u e d a n s l e s r e l a - t i o n s i n t e r n a t i o n a l e s

M . - I I . L A B B É

2 8 1 2 L e m é t i e r d e m é d e c i n

G . T C H O B R O U T S K Y e t 0 . W O N G

2 8 1 3 L ' a p r è s - g u e r r e f r o i d e e n E u r o p e C . Z O R G B I B E

2 8 1 4 L a p o l i t i q u e d e s a n t é e n F r a n c e B . B O N N I C I

2 8 1 5 L ' é c o n o m i e d e l ' I n d o n é s i e

B . D O R L É A N S

2 8 1 6 L ' a d m i n i s t r a t i o n d e l a j u s t i c e e n

F r a n c e

T . - S . R E N O U X e t A . R o u x

2 8 1 7 L a p h i l o s o p h i e c o g n i t i v e A . K R E M E R - M A R I E T T I

2 8 1 8 L a p o n c t u a t i o n N . C A T A C H

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