5 employés d’un centre de recherche au Japon ont été contaminés par de la poudre de combustible nucléaire contenant de l’oxyde de plutonium et d’uranium.
Pour en savoir plus, voir notre site dédié à la catastrophe nucléaire au Japon, Fukushima.eu.org :
Des anomalies de ségrégation carbone ont été découvertes dans l’acier des calottes de cuve et de certains générateurs de vapeur, des irrégularités voire des falsifications ont été repérées à l’usine Creusot-Forge. Cette situation est grave car ces équipements sont très importants pour la sûreté. La plus grande transparence est donc nécessaire dans cette crise.
Si des efforts ont été constatés du côté de l’Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN) et de l’Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN), ce n’est pas suffisant. En particulier, EDF et Areva ne publient aucune information technique.
Il est impossible à tout un chacun de se faire une opinion à partir des seules informations disponibles en ligne.
En Belgique, suite à la découverte de défauts dans l’acier des cuves des réacteurs nucléaires, l’Agence fédérale de contrôle nucléaire, a mis en ligne une page spéciale avec :
L’ACRO demande donc une plus grande transparence avec la publication de tous les documents relatifs à cette affaire. L’association exercera une grande vigilance et mettra toutes les informations collectées sur son nouveau site dédié.
Fiche technique extraite de l’ACROnique du nucléaire n°46, septembre 1999
Dans cette fiche technique, nous allons tenter de décrire simplement les principes de base des bombes atomiques et montrer les liens avec l’industrie nucléaire. Nous nous limiterons à des principes généraux. Une fois la bombe fabriquée, il faut pouvoir la déployer, la contrôler, la protéger… puis démanteler les bombes et les installations devenues obsolètes et dépolluer les sites contaminés. Selon les audits atomiques indépendants effectués en France et aux Etats-Unis cela représente plus de la moitié des coûts engagés, mais cela dépasse largement notre propos.
Un peu de physique
La fission du noyau d’éléments lourds naturels comme l’uranium ou artificiels comme le plutonium entraîne un dégagement d’une grande quantité d’énergie et de particules, comme les neutrons. Cette fission peut être déclenchée par le choc d’un neutron. Une réaction en chaîne se développe alors : la fission émettant des neutrons qui déclenchent d’autres fissions qui vont émettre d’autres neutrons… Si le nombre de neutrons produits est inférieur au nombre de neutrons consommés ou qui s’échappent, la réaction va s’éteindre d’elle même, sauf si elle est entretenue par un apport extérieur de neutrons. Si le nombre de neutrons créés est supérieur au nombre de neutrons consommés, alors la réaction s’emballe et conduit à une explosion. Dans le cas de réactions nucléaires, l’emballement est très rapide et l’énergie dégagée immense, d’où l’intérêt que lui portent les militaires. Enfin, si le nombre de neutrons créés est égal au nombre de neutrons consommés ou s’échappant, la réaction va s’auto-entretenir. Ce régime, dit critique, est celui qui a lieu dans les réacteurs nucléaires. En cas d’explosion, on parle de régime sur-critique et, dans l’autre cas, de régime sous-critique. Les isotopes impairs de l’uranium et du plutonium sont plus facilement fissibles que les isotopes pairs quand ils sont soumis à un flux de neutrons thermiques, comme dans les réacteurs nucléaires classiques, mais avec des neutrons rapides, présents dans les surgénérateurs ou les bombes, tous les isotopes du plutonium ont pratiquement les mêmes propriétés. On appelle masse critique la quantité de matière fissile minimum nécessaire à la sur-criticité.
L’uranium naturel ne contient que 0,72% d’U235, celui qui est le plus fissible, le reste étant essentiellement composé d’U238 qui ne convient pas. Pour faire une arme il faut augmenter cette proportion jusqu’à 80-93%, en utilisant un processus industriel, l’enrichissement, qui est le même que celui utilisé pour la production de combustible civil où la proportion d’U235 varie de 3 à 5%. C’est l’usine de Pierrelatte (d’abord CEA puis COGEMA) qui se charge de cette opération. Le plutonium est produit dans des réacteurs nucléaires par bombardement d’uranium 238 par des neutrons et doit ensuite être extrait du combustible irradié par un processus industriel identique à celui de la technologie civile, à savoir le retraitement. En fonction de la technologie du réacteur et du temps d’irradiation on obtiendra un pourcentage plus ou moins élevé de Pu239, qui est le favori des militaires. Les autres isotopes sont issus de bombardements successifs du Pu239 par des neutrons, quand ils nâentraînent pas une réaction de fission. Pour avoir un pourcentage élevé de Pu239, il suffit d’irradier moins longtemps du combustible dans n’importe quel réacteur nucléaire. Les réacteurs qui fonctionnent à l’uranium naturel en produiront plus. Le manteau des surgénérateurs comme Phénix et ou Superphénix, c’est-à-dire les barres de combustibles qui sont à la périphérie, permet aussi de produire du Pu239 de bonne qualité.
La fusion de deux noyaux légers dégage une plus grande quantité d’énergie, mais il faut comprimer beaucoup plus les gaz utilisés pour que la réaction puisse avoir lieu. Dans les armes thermonucléaires, c’est la fusion du tritium (H3) avec le deutérium (H2) qui est utilisée ; elle produit de l’hélium plus un neutron. L’avantage c’est que ces gaz sont légers et qu’une faible masse est suffisante pour dégager une énergie énorme. La difficulté est liée à l’allumage, des explosifs chimiques classiques n’étant pas suffisants pour atteindre la compression nécessaire.
Le tritium est aussi produit dans des réacteurs nucléaires par bombardement du lithium 6 par un neutron. Le Lithium 6, lui, est présent dans la nature, mais il doit être séparé de son isotope, le lithium 7. En France, c’est la COGEMA qui se charge de cette opération dans son usine de Miramas. L’ensemble du processus de production du tritium reste géré par le CEA dans deux réacteurs à eau lourde (Célestin 1 & 2 à Marcoule). Le deutérium, quant à lui, nécessite de l’eau lourde pour sa fabrication, qui a été importée de Norvège, des Etats-Unis, mais aussi fabriquée en France dans deux usines pilotes qui ne fonctionnent plus (Toulouse et Mazingarbe, Nord). Le site de production du deutérium gazeux à partir d’eau lourde n’est pas connu clairement. Il est possible que le deutérium soit produit au centre civil du CEA de Grenoble, mais également qu’il soit extrait du processus d’extraction du tritium à Marcoule.
Les armes de première génération n’utilisent que la fission de noyaux lourds. Deux masses sous critique d’uranium sont regroupées ou une masse de plutonium ou d’uranium est brusquement comprimée à l’aide d’un explosif chimique afin d’en faire une seule masse sur-critique. La réaction en chaîne est généralement amorcée par une source de neutrons qui doit être parfaitement synchronisée avec le passage au régime sur-critique pour avoir le meilleur rendement, mais cela n’est pas une nécessité. Les bombes sud-africaines étaient amorcées par les neutrons du bruit de fond. La puissance de la bombe peut être améliorée grâce à un matériau réflecteur de neutrons, comme le béryllium. Il est relativement facile de fabriquer une bombe atomique de première génération, à condition que l’on possède la matière fissile. Les Etats-Unis n’ont jamais testé la bombe à l’uranium enrichi avant de la larguer sur Hiroshima et n’ont fait qu’un seul essai pour celle au plutonium avant de bombarder Nagasaki. Une équipe de 400 personnes environ a été suffisante à l’Afrique du Sud pour construire six bombes à l’uranium enrichi. La fin des essais nucléaires ne supprime donc pas le risque de prolifération horizontale, à savoir l’émergence de nouvelles puissances nucléaires ou la menace d’un groupe terroriste qui se serait procuré la matière première au marché noir. Une importante question concerne l’utilisation de plutonium issu des réacteurs civils à eau sous pression pour fabriquer ce type d’arme. Pour les partisans du retraitement du combustible irradié, le Pu 240 est indésirable car il risque de déclencher une implosion avant même que la sur-criticité soit atteinte, réduisant ainsi la puissance de la bombe. Cela peut même être un avantage pour fabriquer une bombe rudimentaire, car il nây a pas besoin de source de neutrons pour initier la réaction. Même de puissance réduite, une telle bombe peut faire beaucoup de dégâts. Un autre inconvénient avancé pour le plutonium civil est que le pourcentage de Pu238 est trop élevé (environ 2%, pour environ 0,01% pour du Pu dit militaire). D’une durée de vie relativement courte (88 ans), la désintégration du Pu 238 entraîne un échauffement qui peut endommager les explosifs chimiques. Si la bombe larguée sur Nagasaki avait contenu 2% de Pu 238, elle aurait eu une température de l’ordre de 250°C. Cette montée en température peut néanmoins être réduite des deux tiers à l’aide d’un système de refroidissement en aluminium. Enfin, le troisième argument avancé par les promoteurs du retraitement est que le plutonium civil est beaucoup plus irradiant, entraînant un risque beaucoup plus élevé pour les personnes travaillant à proximité. L’utilisation de cobayes humains par les puissances nucléaires pour tester les effets de la radioactivité laisse penser que cet argument n’est pas forcément un inconvénient majeur… (Note: cette discussion est tirée d’un article de Frank von Hippel, Fissile material security in post-cold-war world, Physics Today, june 1995 et de A.B. Lovins, Nuclear weapons and power-reactor plutonium, Nature, Vol. 283, 28 fev. 1980, p. 817).
Les bombes larguées sur Hiroshima et Nagasaki, avaient respectivement une puissance de 15 et 22 kilotonnes d’équivalent TNT (Note : 1kt = 1012 cal = 4,18 x 1012 J). Les armes à fission pure développées par la suite ont atteint plusieurs dizaines de kilotonnes.
Le principe des armes thermonucléaires est simple à comprendre, même si leur réalisation pose de gros problèmes technologiques. Dans les armes à fission dopées (boosted fission), une réaction de fission similaire à celle de l’arme de première génération, déclenche une réaction de fusion du cœur constitué d’un mélange de tritium (H3) et de deutérium (H2). Les neutrons dégagés par la réaction de fusion entraînent une réaction de fission plus complète que celle qui a lieu dans les armes de première génération où une faible portion de la matière fissile est consommée. La performance d’une telle arme dépend essentiellement de l’explosion chimique initiale car il est important que le gaz soit suffisamment comprimé et ne se mélange pas avec le matériau fissible. Cela peut être testé sans enclencher de réaction nucléaire et reste donc possible dans le cadre du “traité d’interdiction des essais nucléaires”, à condition d’avoir une installation permettant d’étudier l’hydrodynamique de l’explosion à l’aide de rayons X : c’est un des buts de l’installation AIRIX du CEA, en construction à Moronvillier, sur le site où ont lieu les essais nucléaires froids. Il est généralement admis qu’Israël, l’Inde et le Pakistan ont atteint ce stade. A noter qu’avec cette technologie, le plutonium, dit de qualité civile, ne change rien, quant à la puissance de l’explosion, mais le plutonium militaire est généralement préféré pour des problèmes de température et de radioactivité. Dans les bombes thermonucléaires ou bombes à hydrogène, une bombe à fission, éventuellement dopée, déclenche l’explosion par réaction de fusion. C’est un mélange de lithium et de deutérium enfermé dans une capsule tampon d’uranium ou de plomb qui est utilisé, le tritium nécessaire à la réaction de fusion étant directement produit lors de l’explosion par le bombardement des neutrons. Il n’y a virtuellement pas de limite à la puissance dégagée par ce type d’arme ; l’essai nucléaire le plus puissant de l’histoire, avec 60 Mégatonnes (60.000 kilotonnes) dâéquivalent TNT due à 97% à la réaction de fusion, a eu lieu en URSS en octobre 1962. Mais, sachant que la puissance dégagée lors de l’explosion est de l’ordre de 1kt/kg, il est possible de faire beaucoup de dégâts avec une bombe de quelques kg. Des efforts constants de miniaturisation ont eu lieu afin de rendre la bombe plus légère et transportable par toutes sortes de vecteurs, en particulier des missiles intercontinentaux.
Il a fallu de longues années de recherche aux Etats-Unis et en URSS pour mettre au point ce type d’armes (Note : voir le dossier de Physics Today, Nov. 1996) ; mais une fois les principes de base connus, il est possible dâaccéder rapidement à cette technologie : la Chine a testé sa première bombe thermonucléaire après seulement 3 essais de première génération, un essai à fission dopée et un essai préliminaire de bombe à hydrogène. Les armes de deuxième génération sont d’une technologie plus élaborée et, malgré deux milliers d’essais nucléaires, le mécanisme n’est pas encore entièrement compris. Les puissances nucléaires déclarées sont probablement arrivées au bout des améliorations possibles et possèdent une bonne maîtrise de la production de ce type d’armes. La fin des essais nucléaires n’est donc pas trop pénalisante pour elles, mais est certainement un frein pour les autres pays. Il est peu probable que de telles armes disparaissent car elles sont sûres et très mortelles. Les réductions effectuées dans les arsenaux concernent essentiellement des armes obsolètes ou dâune utilité devenue douteuse. Le tritium et le Li6 deviennent des éléments stratégiques qui doivent être contrôlés comme les matières fissibles pour éviter la prolifération.
La troisième génération regroupe des bombes basées sur les technologies précédentes, mais dont certains effets sont accentués ou réduits selon l’utilité stratégique recherchée. Par exemple, la bombe à neutrons, qui émet une grande quantité de neutrons avec une puissance réduite, est supposée être efficace contre une avancée massive de chars. Son utilité tactique est en fait réduite. D’autres améliorations visent à réduire les “effets collatéraux” de la radioactivité émise, là aussi avec des succès limités. A noter que ces améliorations constituent une entorse à la doctrine de dissuasion, étant un premier pas vers une bombe pouvant être utilisée sur le champ de bataille. Ces armes nécessitent de nombreux développements scientifiques et technologiques et l’arrêt des essais nucléaires est un frein à leur développement.
AN: fission Pu ; MR : fission dopée Pu ; TN : thermonucléaire (Tiré du site du CDRPC)
Cette fiche technique est basée sur les références suivantes (sauf les références déjà indiquées) :
* Bruno Barillot, Audit atomique, CDRPC, 187, montree de Choulans, 69005 Lyon (fevrier 1999)
* Stephen I. Schwartz editor, Atomic Audit, Brookings Institution Press, 1775 Massachusetts Ave., N.W. Washington, D.C. 20036 (1998)
* Andre Gsponer et Jean-Pierre Hurni, Fourth generation of nuclear weapons, Technical Report, INESAP, c/o IANUS, Darmstadt University of Technology, D-64289 Darmstadt (mai 1998)
* The military critical technology list, part II : weapons of mass destruction technologies, section V : nuclear weapon technology, Department of Defence, Etats-Unis, fevrier 1998, peut être téléchargé à l’adresse suivante : http://www.dtic.mil/mctl/
ACRO
138, rue de l’Eglise
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Pour faire de l’électricité, la méthode la plus répandue consiste à faire tourner des aimants, comme dans une dynamo de vélo. C’est le cas par exemple avec les éoliennes où c’est le vent qui travaille, ou avec l’eau des barrages qui chute de la montagne.
Mais quand on n’a pas sous la main de l’air ou de l’eau qui bougent naturellement, comment fait-on pour faire tourner les aimants ? On utilise de la chaleur : quand on fait chauffer de l’eau dans une cocotte-minute, la vapeur qui sort à grande vitesse peut faire tourner une hélice qui va faire tourner des aimants qui vont faire de l’électricité.
Pour faire chauffer l’eau, on peut brûler du bois, du gaz, de l’essence… ou utiliser une centrale nucléaire. Le nucléaire est la méthode la plus compliquée pour faire chauffer de l’eau qui va faire tourner les aimants qui vont faire de l’électricité. C’est aussi la plus dangereuse, comme le Japon vient de l’apprendre à ses dépens.
Pourquoi c’est dangereux ? Parce que dans une centrale nucléaire, on casse en deux l’atome le plus lourd que l’on trouve dans la nature que l’on appelle uranium (voir la radioactivité expliquée aux enfants). Cela dégage de la chaleur, beaucoup de chaleur. Mais les deux morceaux, qui sont des atomes plus petits, sont radioactifs. Il faut donc s’en protéger.
Pour cela, l’uranium est enfermé dans une gaine métallique, pour empêcher que les atomes radioactifs aillent dans l’eau. En fait, on ne peut pas tous les empêcher de sortir et l’eau devient radioactive. On essaye qu’il y en ait le moins possible qui sortent.
La cause de tous les malheurs à Fukushima, c’est la chaleur dégagée par les barres d’uranium, même quand on a arrêté la centrale nucléaire.
Il faut donc les refroidir, sinon le métal fond et les atomes radioactifs polluent l’eau qui devient à son tour très radioactive. Pour cela, on a besoin d’eau et de pompes qui pompent l’eau chaude pour la refroidir et la remettre dans la cocotte-minute (appelée cuve par les adultes). Ces pompes utilisent de l’électricité.
A Fukushima, les réacteurs nucléaires qui étaient en marche se sont arrêtés automatiquement après le tremblement de terre. La centrale nucléaire ne produisait donc plus d’électricité. En plus, les lignes électriques qui auraient pu amener de l’électricité d’ailleurs étaient coupées. Sans électricité, plus de pompe. Et sans circulation d’eau, les barres d’uranium chauffent.
Il y a donc des moteurs de secours qui font de l’électricité. Cette fois-ci, on utilise de l’essence pour faire tourner un moteur, qui entraîne des aimants qui vont faire de l’électricité qui va faire marcher les pompes qui vont refroidir la centrale nucléaire. Une panne à un seul endroit le long de cette chaîne, et les problèmes arrivent.
C’est ce qui s’est passé : le tsunami qui a inondé la centrale nucléaire moins d’une heure après le tremblement de terre et a ravagé une grande partie des côtes japonaises, a provoqué l’arrêt des moteurs de secours. Dans ce cas, il y a des batteries qui peuvent remplacer, mais elles ne durent pas longtemps.
En plus à Fukushima, le tremblement de terre a endommagé les tuyauteries et il a rapidement manqué d’eau. C’est donc, de l’eau de mer qui a été utilisée, le temps de réparer les tuyaux.
Si les combustibles chauffent, l’eau se met à bouillir. La pression monte dans la cocotte-minute et la température monte encore. A partir de 300°C, certains joints ne tiennent plus : l’eau commence à fuir.
Tout n’est pas encore clair, mais il est fort probable que le tremblement de terre a aussi bien endommagé les réacteurs de la centrale et provoqué des fuites d’eau. En effet, sans électricité, il n’y a plus d’instruments pour mesurer la température, la pression etc et donc savoir ce qui se passe dans le réacteur.
Quand l’eau s’est évaporée, la partie émergée des barres d’uranium, qui font 4 mètres de long, chauffe encore plus. Le métal des barres commence à se fissurer, ce qui libère les petits atomes radioactifs. L’eau devient très radioactive. L’air aussi. Cela aurait commencé à peine 3 heures après le tremblement de terre dans le réacteur n°1.
En plus, au niveau de la gaine métallique hors de l’eau, une réaction chimique dégage de l’hydrogène qui est très explosif. TEPCo, le propriétaire de la centrale, estime que 800 kilogrammes d’hydrogène ont été produits dans le réacteur n°1. Et à peine plus de 24 heures après le séisme, une forte explosion hydrogène a détruit partiellement le bâtiment abritant le réacteur n°1. Il y aura des explosions dans 4 réacteurs en tout.
On a vu que l’eau dans le réacteur est devenue très radioactive et qu’il y a des fuites qui vont rendre tout le réacteur radioactif. Les hommes ne peuvent plus approcher. L’inondation des sous-sols empêche aussi de rebrancher l’électricité qui est revenue.
L’eau continue à s’évaporer : la pression à l’intérieur de la cocotte-minute pourrait la faire exploser. Il faut donc laisser sortir des gaz. Les gaz radioactifs sont emportés par le vent et polluent de vastes territoires. Les gens doivent partir.
Une fois qu’il n’y a plus d’eau dans le réacteur, la température monte encore plus et peut atteindre presque 3 000°C. Les barres fondent et tombent au fond de la cuve en métal qui peut se percer et cela coule plus bas. On parle de « fusion du cœur ».
Dans le réacteur n°1 de Fukushima dai-ichi, la fusion du cœur a eu lieu en moins de 16 heures. Personne n’a pu l’empêcher. La fusion du cœur a eu lieu dans les réacteurs n°2 et 3 qui en sont aussi mauvais état. Les cuves métalliques d’une épaisseur de 16 cm sont probablement percées.
Pour se protéger, la cocotte-minute est enfermée dans un coffre-fort en béton armé appelé « enceinte de confinement ». C’est la dernière barrière entre le combustible fondu très très radioactif et le monde extérieur. Mais, cette barrière est aussi fissurée, voir percée et l’eau très radioactive fuit. Elle coule dans les sous-sols qui sont remplis d’eau radioactive et peut déborder dans la mer. Il y a déjà eu des débordements des réacteurs n°2 et 3 et la mer est fortement polluée.
Même fondu en fond de cuve, le combustible doit toujours être refroidi. TEPCo a d’abord injecté de l’eau à l’aide de camions pompe, puis de pompes plus classiques. L’eau injectée s’écoule par les fuites dans les sous-sols. Cela ne peut pas durer longtemps comme cela.
Bref, suite à la fusion des cœurs, on est passé de la cocotte-minute étanche à la cafetière : le jus qui sort du percolateur est devenu le principal problème. Il y en a déjà 120 000 tonnes ou 120 000 mètres cube qui se sont accumulés dans les sous-sols.
TEPCo a construit à la hâte une station d’épuration avec l’aide de compagnies étrangères pour filtrer l’eau des sous-sols avant qu’elle ne déborde dans la mer et la réinjecter dans les réacteurs pour les refroidir. Puis elle s’est vantée d’avoir réussi à refroidir les réacteurs « en circuit fermé » en si peu de temps.
Parler de circuit fermé est un peu abusif non ? L’eau injectée continue à fuir dans les sous-sols où elle doit être pompée. Une partie de cette eau s’évapore et continue à polluer l’environnement. Une autre partie s’infiltre dans la terre. Il en a encore pour des années avec ce fonctionnement car il n’est pas possible d’approcher pour boucher les trous et arrêter les fuites. C’est trop radioactif. TEPCo veut donc construire une immense barrière souterraine tout autour de la centrale qui irait jusqu’à la roche pour empêcher cette eau polluée d’aller plus loin.
Mais ce n’est pas tout ! Le combustible qui sort des centrales nucléaires reste chaud pendant des années. On l’entrepose temporairement dans des piscines que l’on doit refroidir. Il y a une piscine par réacteur.
Suite au tremblement de terre et tsunami, les piscines des 6 réacteurs de la centrale de Fukushima n’ont plus été refroidies et sont devenues aussi menaçantes que les réacteurs, voire plus. En effet, elles ne sont pas protégées par une enceinte de confinement. Mais comme le combustible est plus ancien, il est moins chaud et l’eau s’évapore moins vite. Sauf au niveau du réacteur n°4 : la piscine était pleine avec des combustibles anciens et des combustibles usés très chauds qui venaient à peine de sortir du réacteur.
Il y a aussi eu une explosion hydrogène et un incendie à proximité de la piscine n°4 qui a fait craindre le pire. Mais depuis, TEPCo a réussi à filmer l’intérieur de la piscine et il semblerait que le combustible n’ai pas fondu.
Début août, les 6 piscines sont refroidies. Pour celles des réacteurs 1 à 4, TEPCo a dû mettre en place un nouveau système de refroidissement.
Les réacteurs n°5 et 6 étaient à l’arrêt et une partie de leur combustible était entreposée dans leur piscine respective. Un générateur d’électricité diesel a pu rapidement être remis en route et leur refroidissement contrôlé. Ils ne posent plus trop de problèmes.
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Toute la matière qui nous entoure, l’eau, l’air, la terre…, nous, sommes faits de petits grains, extrêmement petits que l’on appelle « atomes ». Il y en a 92 différents en tout. Comme pour les blocs de légo, tout dans l’univers, des étoiles à nous, est « fabriqué » à partir de ces 92 atomes. Il y a d’autres atomes fabriqués par l’homme.
Chaque atome a un nom : le numéro 1, qui est le plus petit, s’appelle « hydrogène » et le n°92, qui est le plus lourd, « uranium ». Entre les deux, il y a sûrement des noms que tu connais, comme oxygène, or, fer… Deux atomes d’hydrogène accrochés à un atome d’oxygène forme un petit bloc qui est l’eau.
Mais je m’écarte du sujet. Certains de ces atomes sont dits « radioactifs ». Comme un canon, ils peuvent tirer un petit obus encore plus petit que l’atome lui-même. Ce sont ces petits obus qui sont dangereux, car ils peuvent traverser le corps humain comme quand on va faire une radio.
Dans un réacteur nucléaire, il y a énormément d’atomes radioactifs qui tirent des obus. C’est pourquoi ils sont enfermés dans un coffre-fort que l’on appelle « enceinte de confinement ». Le problème à la centrale de Fukushima, c’est que les atomes radioactifs s’échappent dans l’eau et dans l’air. Certains retombent près de la centrale, d’autres sont emportés par les vents tout autour de la Terre.
Un atome radioactif ne vise pas. S’il est à côté de nous, il y a des chances que l’obus parte au loin. Mais si l’on mange des légumes pollués, que l’on boit de l’eau polluée ou que l’on respire de l’air pollué par des atomes radioactifs, les obus tirés par les atomes dans le corps vont faire des dégâts à tous les coups !
Evidemment, il y a beaucoup plus d’atomes qui retombent près de la centrale accidentée. C’est pourquoi toute la centrale et ses environs sont très pollués par des atomes radioactifs qui tirent dans tous les sens.
Les travailleurs sur place, se protègent en s’emballant dans un vêtement qui les recouvre entièrement et mettent un masque sur le visage pour ne pas respirer de poussière radioactive. Mais ils ne peuvent rien contre le bombardement radioactif et ne peuvent donc pas rester longtemps sur place.
Quand on est loin et qu’il y a peu d’atomes, on risque moins d’être bombardé. Le principal problème est alors l’alimentation et la boisson.
La plupart des atomes radioactifs ne peuvent tirer qu’une seule fois, un ou deux obus à la fois. Après, ils ne sont plus radioactifs. Certains tirent très vite et la pollution ne dure pas longtemps, faute de munitions. C’est le cas par exemple pour l’atome appelé « iode 131 » qui était rejeté à Fukushima. Au bout de huit jours, il n’en reste que la moitié qui sont radioactifs. Après seize jours, plus qu’un quart. Et ainsi de suite… Pour celui appelé « césium 137 », cela prend trente ans et donc la pollution radioactive va rester longtemps ! C’est pourquoi il faudra un système de surveillance de la pollution pendant de longues années pour se protéger.
Le becquerel sert à compter le nombre d’atomes radioactifs : si l’on te dit qu’il y a 1000 becquerels, cela veut dire qu’il y a 1000 tirs d’obus par seconde.
La mesure de la radioactivité expliquée aux enfants
On a vu que la radioactivité était due à de méchants atomes tout tout petits qui pouvaient lancer des obus minuscules. Il y a deux façons d’être atteint par ces obus.
Soit l’on est dans une zone où il y a beaucoup d’atomes radioactifs qui tirent dans tous les sens et la seule façon de se protéger est de s’éloigner. C’est pourquoi les gens qui habitent autour des centrales de Fukushima ou de Tchernobyl ont dû partir.
La radioactivité, on ne la sent pas, on ne la voit pas, on ne l’entend pas. Alors il faut la mesurer avec des appareils spéciaux pour s’en protéger.
La mesure de cette forte radioactivité peut se faire avec de petits appareils qui comptent le nombre d’obus qui les cognent. Plus il y a d’obus et plus c’est dangereux.
Comment sait-on si c’est un peu dangereux, moyennement dangereux ou très dangereux ? Alors là, cela devient très compliqué car il y a plusieurs sortes d’obus : certains font plus de mal que d’autres. En plus, tous les obus ne cognent pas tous avec la même force : certains ont plus d’énergie que d’autres et sont donc plus dangereux.
Pour estimer la gravité des blessures dues aux obus, on utilise le sievert. Une personne qui reçoit quelques sieverts risque de mourir après quelques mois. Généralement, on compte donc avec une unité plus petite, le millisievert, comme pour les millimètres. La population ne doit pas recevoir plus d’un millisievert par an car les obus peuvent provoquer des cancers ou d’autres maladies qui apparaîtront bien plus tard.
Il existe des petits appareils qui peuvent mesurer les millisieverts pour surveiller tout cela.
Quand les atomes radioactifs sont à côté de toi, ils tirent dans tous les sens sans viser et seulement une petite partie peut t’atteindre. Il en faut beaucoup pour être dangereux. Mais si les atomes radioactifs sont dans ton corps, tous les obus vont te blesser et une toute petite quantité suffit à être dangereuse.
Il faut donc faire attention aux aliments que l’on mange, à l’air que l’on respire et à l’eau que l’on boit. C’est pour cela qu’il faut les surveiller en mesurant la quantité d’atomes radioactifs. Et là, c’est plus difficile parce qu’il y a déjà de la radioactivité dans la nature contre laquelle on ne peut rien, puisqu’il y en a partout.
En essayant de compter le nombre d’obus tirés par les atomes radioactifs d’un bol de myrtilles par exemple, on va avoir des obus qui viennent des myrtilles, mais aussi du bol, de la table etc etc. Si les myrtilles sont peu radioactives, on pourra rester à côté d’elles sans danger, mais il se peut que l’on ne puisse pas les manger. Comment faire alors pour savoir ?
A l’ACRO, comme dans les autres laboratoires, on utilise deux astuces : d’abord on enferme le bol de myrtilles dans un coffre-fort en plomb qui arrête les obus naturels qui viennent de loin. Et puis, l’appareil que l’on utilise est plus sophistiqué que ceux dont j’ai parlés avant : ils peuvent mesurer l’énergie des obus et faire un tri entre les obus qui viennent de la nature et les obus qui viennent de la pollution dans les myrtilles. Ainsi, on peut dire exactement combien d’atomes radioactifs dus à la pollution sont dans les myrtilles et donc décider si on peut les manger ou non. Une mesure peut prendre plusieurs heures.
On exprime le résultat en becquerel : cela permet de savoir combien il y a d’atomes radioactifs dans l’alimentation, l’eau et l’air. Le gouvernement japonais a décidé par exemple qu’il ne devait pas y avoir plus de 500 becquerels de césium 137 dans un kilo d’aliment.
On ne peut pas mesurer directement la gravité des blessures que tu auras si tu manges un aliment contaminé. On fait alors des calculs pour savoir combien de millisieverts cela fait.
Tous ces millisieverts s’ajoutent et il faut faire attention.
Les effets de la radioactivité expliqués aux enfants
Dans « la radioactivité expliquée aux enfants », nous avons vu que les atomes radioactifs peuvent tirer un petit obus encore plus petit que l’atome lui-même. Ce sont ces petits obus qui sont dangereux, car ils peuvent traverser le corps humain comme quand on va faire une radio.
Si l’on prend une balle dans le cœur, on meurt à tous les coups, pas si c’est dans le bras. C’est un peu pareil avec la radioactivité : les obus microscopiques ne heurtent pas toujours une partie vitale. Il y a des chanceux et des malchanceux. On parle alors d’effets « stochastiques ». S’il y a beaucoup de radioactivité, et donc beaucoup d’obus tirés, il y a plus de risques de toucher une partie importante du corps. Il n’y a plus de chanceux : tout le monde tombera malade, voire mourra si la dose est très très forte. On parle alors d’effets « déterministes ».
Quand on veut protéger l’Homme, on veut protéger chaque individu, les chanceux comme les malchanceux. On va donc s’intéresser aux faibles doses, sachant qu’il n’y a pas de limite d’innocuité, chaque dose est engendre un risque, même la plus petite. Il y a déjà la radioactivité naturelle contre laquelle on ne peut rien. On n’accepte aucune dose de radioactivité supplémentaire créée par l’homme, sauf s’il y a un bénéfice. C’est le cas de certains malades par exemple, que l’on peut soigner grâce à la radioactivité, même si l’on prend le risque de provoquer d’autres maladies plus tard. Dans ce cas, on essaye alors que la dose de radioactivité administrée soit la plus basse possible. Et puis, il y a des limites à ne pas dépasser qui correspondent à un risque jugé acceptable.
Depuis quelques années, il est aussi devenu important de protéger aussi l’environnement. Pas uniquement l’Homme. Et là, les critères sont complétement différents. Ce que l’on veut protéger, c’est une espèce, pas chaque individu. Peu importe s’il y a des malades ou des morts. Ce qui compte, c’est que l’espèce survive. Certains vont même plus loin et pensent qu’il ne faut protéger que les espèces importantes des écosystèmes et pas nécessairement toutes les espèces. Ils sont donc même prêts à accepter la disparition de certaines espèces à cause de la radioactivité à la condition que l’écosystème survive.
C’est la même chose quand on construit une route et que l’on coupe une forêt par exemple. On accepte la destruction d’écosystèmes sous le prétexte qu’il en existe de similaires ailleurs.
Les études des effets de la radioactivité sur l’environnement ne s’intéressent donc qu’aux fortes doses et aux effets dits « déterministes ». Cela ne veut pas dire que les faibles doses n’ont pas d’effet. Il y a aussi des malchanceux chez les animaux ou les plantes. On ne s’y intéresse pas.
A partir de quand dit-on qu’il y a un effet ? Quand 50% d’une espèce a disparu ? Au bout de combien de générations ? Se pose aussi la question encore plus difficile des pollutions multiples : on peut imaginer qu’un animal ou une plante fragilisés par un polluant résisteront moins bien aux fortes doses de radioactivité. Bref, pour le moment, on ne connaît pas grand-chose, les recherches n’en étant qu’à leur début.
Le cas des abeilles est parlant : certains pesticides ne les tuent pas, mais il semblerait qu’ils font qu’elles se perdent et ne retrouvent plus leur ruche. Limiter les études aux décès n’est donc pas suffisant.
Fiche technique parue dans l’ACROnique du nucléaire n°85 de juin 2009
On retrouve parfois certaines substances chimiques de façon plus concentrée dans les organismes vivants que dans le milieu qui les entoure (eau, air…). On parle alors de « bioaccumulation ». Ce phénomène est utile à la vie quand il s’agit d’oligo-éléments (fer, calcium…) et néfaste quand il s’agit de polluants (métaux lourds, PCB …).
La bioaccumulation a parfois tendance à augmenter le long d’une chaîne alimentaire. On parle alors de « bioamplification ». Ainsi, dans un même milieu, la concentration en PCB ou en mercure augmente du plancton au poisson et du poisson au mammifère marin ou à l’homme en bout de chaîne. Dans le cas du mercure, cette propriété a créé une catastrophe sanitaire à Minamata au Japon.
Chez un même organisme, l’ampleur de la bioaccumulation peut dépendre de l’organe, de l’âge et de la substance chimique.
Le phénomène peut être de grande ampleur. Pour une surveillance de l’environnement, on choisit généralement des organismes accumulant les polluants recherchés : on parle alors de « bio-indicateurs ». Ainsi, certains polluants présents sous forme de traces ne peuvent pas être détectés directement dans l’air ou l’eau, mais leur présence peut être détectée et quantifiée en utilisant des bio-indicateurs. Les lichens sont connus pour être d’excellents bio-indicateurs de la qualité de l’air pour de nombreux polluants.
Les phénomènes de bioaccumulation et de bioamplification s’expliquent par les propriétés chimiques de certaines substances qui se lient plus facilement à des molécules organiques qu’à l’eau. Lors de échanges entre l’organisme vivant et le milieu, elles s’accumulent donc dans l’organisme. Ce phénomène peut aller en s’amplifiant le long de la chaîne alimentaire.
Le fait d’avoir des polluants radioactifs ne change rien à l’affaire. Ce sont leurs propriétés chimiques qui font qu’ils peuvent s’accumuler dans certains organismes vivants. Ainsi, l’iode radioactif s’accumule de la même façon que l’iode non radioactif dans les algues.
Qu’en est-il du tritium, qui est de l’hydrogène radioactif ? L’atome d’hydrogène lié à une molécule d’eau s’échange facilement et fait que le tritium présent dans de l’eau s’équilibre rapidement. Les organismes primaires peuvent convertir rapidement le tritium de l’eau (appelé tritium libre) en tritium organique. Et tous les modèles d’impact sanitaire des radioéléments dans l’environnement supposent que la proportion de tritium sur l’hydrogène total est la même dans l’eau et dans les organismes vivants.
Or des données tendent à mettre en évidence les phénomènes de bioaccumulation et de bioamplification du tritium chez certains organismes aquatiques, contredisant ainsi les modèles d’impact. Dans la baie de Cardiff en Grande-Bretagne, cela peut s’expliquer facilement par le fait que ce sont des molécules organiques tritiées rejetées en mer, pour lesquelles l’hydrogène est moins mobile que celui de l’eau. Il s’accumule facilement dans la matière organique des organismes vivants, mais est transféré difficilement vers l’eau de mer.
En revanche, c’est de l’eau tritiée qui est rejetée des installations nucléaires. On observe pourtant de la bioaccumulation du tritium chez des espèces vivant dans les fonds marins au large de l’usine de retraitement de Sellafield en Grande-Bretagne. En France, au large de l’usine de La Hague, il n’y a pas assez de mesures pour pouvoir conclure. L’ACRO réclame donc une meilleure surveillance du tritium dans l’environnement proche des installations nucléaires.
Fiche technique parue dans l’ACROnique du nucléaire n°62 de septembre 2003
Lorsqu’on s’intéresse aux rayonnements ionisants et à leurs conséquences sur la santé, il y a deux phénomènes que l’on doit distinguer, ce sont l’irradiation et la contamination. Si le premier est spécifique d’une atteinte extérieure de l’organisme, le second fait référence à une atteinte par voie interne. Les différences entre ces deux processus viennent, d’une part, des rayonnements mis en cause, d’autre part, du type d’effets qu’ils produisent sur l’organisme. Ce sont ces points particuliers qui vont être présentés par la suite.
L’irradiation est la conséquence directe de l’exposition externe d’un corps (inerte ou vivant) à des rayonnements ionisants (R.I.). Réalisée de façon contrôlée, l’irradiation trouve des applications dans différents secteurs tels que l’industrie agroalimentaire (assainissement et conservation des aliments) ou encore le milieu médical (radioexpositions externes lors des radiographies). Mais lorsque les conditions d’irradiation ne sont plus maîtrisées (accident de transport de source radioactive ou accident de criticité [1] par exemple) ce phénomène prend une autre ampleur et on le considère essentiellement par rapport à ses effets au niveau biologique et physiologique généralement dus à de fortes doses de rayonnements. Pour des doses plus faibles, de l’ordre de celles induites par l’irradiation naturelle (rayonnements cosmiques, telluriques et radioactivité interne du corps humain) d’une moyenne de 2,4 millisievert par an (2,4 mSv/an, Equivalent de dose efficace), on parle plutôt d’exposition, étant donné la difficulté à établir une relation entre ces rayonnements et d’éventuels effets sur la santé. En ce qui concerne l’utilisation médicale des rayonnements ionisants, on considère que les doses reçues font partie du rayonnement artificiel tolérable c’est à dire qui peut être justifié (dose moyenne d’irradiation due aux activités humaines : 0,9 à 1 mSv/an, dont 0,7 mSv/an dus aux radio-diagnostiques).
Lors des accidents par irradiation, les rayonnements électromagnétiques (photons gamma et X) sont le plus souvent impliqués, essentiellement parce qu’ils ont une grande distance de parcours dans l’air (plusieurs centaines de mètres pour les hautes énergies). De plus, possédant un certain pouvoir de pénétration, ils peuvent traverser des matériaux qui auraient arrêté les rayonnements alpha ou bêta. Ce pouvoir de pénétration peut ainsi impliquer ces rayonnements électromagnétiques dans des irradiations plus ou moins profondes de l’organisme, en fonction de leur énergie.
La première façon de se protéger des rayonnements ionisants est de s’éloigner de la source. En ce qui concerne le rayonnement alpha et les bêta d’énergie inférieure à 65 keV (Kilo electronVolt), le risque d’irradiation externe n’existe pas car ces rayonnements ne peuvent franchir la couche cornée de la peau ; ils n’irradient ainsi aucun tissu vivant. De plus, n’ayant qu’un faible parcours dans l’air, ils sont naturellement stoppés avant d’atteindre le corps, même pour des distances source-cible de quelques centimètres. Quant aux photons gamma, ils auront une probabilité d’atteindre leur cible d’autant plus faible que celle-ci sera éloignée de la source (l’intensité du rayonnement décroît selon l’inverse du carré de la distance).
La deuxième protection consiste à placer un écran entre soi et la source. Une feuille de papier suffira pour stopper les rayonnements alpha ; les particules bêta seront absorbées par quelques millimètres de verre, de plexiglas ou d’aluminium ; le rayonnement X par quelques millimètres de plomb, mais pour les photons gamma, il est nécessaire d’interposer au moins plusieurs centimètres (voire quelques dizaines de cm) de matériaux à densité élevée (plomb, béton, uranium appauvri) afin d’atténuer efficacement le rayonnement. Un exemple de ce type de protection existe dans les services hospitaliers de radiologie dans lesquels le personnel manipulant est protégé par des tabliers et des vitres de plomb.
Les premiers effets des rayonnements ionisants (R.I.) sur la matière vivante sont dits non stochastiques ou précoces. Ils apparaissent toujours (effets obligatoires) à partir d’une dose seuil [2] au-delà de laquelle, la gravité de l’effet est proportionnelle à la dose. Parfois, une réversibilité est possible si les lésions ne sont pas trop importantes.
Les rayonnements électromagnétiques (X et gamma) qui sont par nature peu ionisants (c’est à dire qu’ils ne délivrent pas toute leur énergie aux cellules qu’ils rencontrent) peuvent néanmoins être à l’origine de lésions relativement importantes. Ces lésions, qui dépendent de la dose reçue, dépendent également de l’étendue de l’irradiation. Parmi les victimes, on distingue ainsi généralement celles ayant subi une irradiation localisée à dose élevée de celles ayant subi une irradiation corporelle globale.
L’irradiation localisée : elle est le plus souvent due à la « prise en main » d’une source radioactive qui, suite à un égarement, est ramassée (irradiation de la main) puis mise dans une poche (irradiation de la cuisse ou de la partie du corps la plus proche).
Le premier effet visible s’apparente à une brûlure de la peau (érythème) accompagnée de nausées, puis successivement avec l’augmentation de la dose on observe une épidermite sèche (inflammation de la peau), une épidermite exsudative (suintement pathologique), jusqu’à la nécrose des tissus pour des doses extrêmement fortes (plusieurs dizaines de grays, Gy). Si dans ce dernier cas, heureusement rare et généralement observé pour des accidents de « contact », l’amputation est parfois inévitable, les traitements les plus couramment effectués s’assimilent à ceux, classiques, des brûlures du second degré.
En ce qui concerne l’observation des premiers symptômes, le temps nécessaire à leur apparition est de quelques heures dans le cas des très fortes doses, alors qu’un retard (faussement rassurant) a lieu dans la plupart des cas.
L’irradiation corporelle globale : il peut s’agir de l’exposition accidentelle à une source radioactive, mais les cas les plus flagrants, ayant permis de mieux connaître la symptomatologie, restent l’accident de Tchernobyl et les explosions atomiques japonaises.
Les signes cliniques précurseurs que sont nausées, vomissements, céphalées, douleurs parotidiennes (glandes salivaires), sécheresse buccale et diarrhées, deviennent persistants avec des doses de plus en plus fortes (4 à 6 Gy). Pour des doses dépassant 10 Gy, le pronostic vital est généralement très réduit.
Dans le cas de doses non létales, le principal problème est d’ordre hématologique. La numération régulière de la formule sanguine permet généralement de suivre la décroissance des lymphocytes (globules blancs), suivie après plusieurs jours, de la chute des plaquettes, entre autres. Des aberrations chromosomiques peuvent également être observées par l’intermédiaire d’un caryotype réalisé à partir des lymphocytes, leur nombre étant fonction de la dose.
Cette étude des effets biologiques des R.I., appelée dosimétrie biologique, qui cherche à préciser les conditions d’irradiation (dose reçue et volume réellement irradié, notamment vis-à-vis de la protection de la moelle osseuse), constitue un examen d’autant plus important que la personne irradiée ne portait pas de dosimètre.
Les traitements appliqués pour des doses reçues ne permettant pas la réversibilité spontanée de la chute des lymphocytes par exemple sont généralement des transfusions de plaquettes ou de leucocytes [3]. L’utilisation de facteurs de croissance hématopoïétiques peut aider au redémarrage des cellules de moelle osseuse et dans certains cas, des greffes de moelle peuvent être pratiquées.
Ceci nous amène donc à classer certains tissus en fonction de leur sensibilité vis-à-vis des rayonnements ionisants. D’une manière générale, les tissus à renouvellement rapide (divisions cellulaires nombreuses) sont les plus sensibles aux radiations et les effets produits sont alors précoces. Sont classés selon leur radiosensibilité décroissante les tissus suivants :
|
+ radiosensibles – radiosensibles |
Au niveau des gonades, des stérilités temporaires ou permanentes à partir de certaines doses peuvent être observées. Chez l’embryon ou le fœtus, c’est le stade du développement qui conditionne les effets, à savoir que la radiosensibilité est maximale entre le 9ème et le 60ème jour. Les conséquences possibles sont la mort intra-utérine, l’apparition de malformations ou encore la mort néo-natale et post-natale. Passé le 60ème jour (croissance fœtale), ce sont des malformations nerveuses ou encore des cancers qui peuvent être ainsi induits.Après avoir vu les effets précoces d’une irradiation sur l’organisme, il convient de s’arrêter sur un deuxième type d’effets qui sont appelés stochastiques ou aléatoires. Ces effets se manifestent longtemps après l’irradiation (plusieurs années) et peuvent être causés soit par une irradiation aiguë soit par une exposition chronique à de faibles doses d’irradiation. Leur apparition chez un individu est d’autant moins probable que le niveau d’irradiation est faible, aussi n’apparaissent-ils pas systématiquement chez toutes les personnes irradiées.
Parmi ces effets, les cancers représentent certainement les conséquences les plus importantes de l’action des rayonnements ionisants et, dans une moindre mesure, l’apparition d’anomalies génétiques. Ces dernières résultent des lésions induites sur les chromosomes (ADN) de la lignée germinale (irradiation des gonades) pouvant entraîner des anomalies dans la descendance de l’individu irradié. Lorsque la molécule d’ADN est touchée, ceci engendre généralement des mutations qui peuvent apparaître dans les cellules-filles lors de la division cellulaire. Toutefois, il existe certains agents de protection comme les vitamines E et C, ainsi que des mécanismes de réparation de l’ADN, de même qu’il existe des systèmes de réparation cellulaire et tissulaire.En ce qui concerne le risque de développer un cancer ou d’être touché par une mutation génétique suite à une irradiation, celui-ci reste très délicat à évaluer, d’autant qu’il n’y a aucune forme de cancer spécifique des rayonnements ionisants et que l’étude de l’effet des faibles doses est loin d’être achevée.
La contamination
Définition
Comme l’irradiation, la contamination n’est pas un terme spécifique au corps humain et s’applique également à l’environnement : elle représente la présence d’une substance radioactive dans un milieu ou au contact d’une matière où elle est indésirable.
Concernant l’être humain, on parle de contamination lorsqu’un individu entre en contact direct avec une source radioactive et ce, de deux manières différentes, mais parfois simultanées :
Une fois le dépôt effectué, la deuxième étape de la contamination correspond au transit du contaminant, depuis l’entrée (poumons, plaie, tube digestif) vers le sang. On comprend alors que les deux premières voies d’entrée sont les plus dangereuses et le plus souvent impliquées dans les accidents de contamination (importante vascularisation des bronchioles).
Vient ensuite l’intégration du contaminant dans le métabolisme : l’organisme va l’utiliser dans différents organes, dits critiques, de la même manière que ses homologues non radioactifs. Par exemple, la thyroïde fixe indifféremment l’iode stable ou l’iode radioactif. Parfois, c’est un autre élément qui est fixé à cause de la similitude de ses propriétés. C’est le cas du squelette qui fixe le strontium de la même manière que le calcium. On dit alors que le strontium est un mimétique du calcium. Parfois encore, il n’y a pas d’organe cible et l’élément diffuse dans tout le corps : c’est le cas du césium qui peut être fixé préférentiellement au potassium et se retrouver dans tous les muscles.
Lorsque la quantité de radionucléides incorporée est importante, on se comporte alors comme une véritable source et on émet des rayonnements sur notre entourage.
D’une manière générale, les accidents de contamination radioactive sont dus à une contamination préalable de l’environnement : habitations, sols et aliments comme dans les régions autour de Tchernobyl (Ukraine et Bélarus) ou au Brésil (Goiania-1987) où une source de radiothérapie de 50 TBq de césium 137 a été dispersée et a contaminé l’environnement et 100 000 personnes.
Irradiation interne
L’irradiation interne accompagne souvent la contamination et ce, à cause des corps radioactifs ingérés ou inhalés qui irradient de l’intérieur les organes sur lesquels ils se sont temporairement fixés. L’irradiation des tissus, qu’elle soit interne ou externe, produit le même type d’effets. En revanche, les rayonnements considérés comme les plus dangereux, ne sont plus les X et les gamma, mais les rayonnements dits particulaires. Les rayonnements particulaires (alpha et bêta) possèdent un pouvoir d’ionisation (Transfert d’Energie Linéique) plus élevé que celui des rayonnements électromagnétiques, aussi délivrent-ils de façon certaine toute leur énergie dans la matière qu’ils rencontrent et qui les arrête. En dosimétrie, la dose équivalente H (en Sievert, Sv) dépend directement de la nature du rayonnement puisque son calcul consiste en la multiplication de la dose absorbée (en Gray, Gy) par un facteur de pondération (Wr) caractéristique du rayonnement :
H(Sv) = D(Gy) * Wr
Wr est égal à 1 pour les bêta, gamma et X, alors qu’il est de 20 pour les alphas. Cela signifie que, pour une même énergie, le rayonnement a est 20 fois plus radiotoxique que les autres.
Par exemple, dans le cas des isotopes gazeux du radon (radon 222 et radon 220), inhalés avec l’air ambiant, ce sont surtout les descendants, émetteurs alpha à vie courte (polonium 218, polonium 214 et bismuth 212), qui vont causer des dégâts aux cellules et qui peuvent, à terme, être la cause du développement d’un cancer du poumon. On estime les doses annuelles moyennes dues à l’inhalation des radon 222 et radon 220 et à leurs descendants à 60 et 10 µSv respectivement.
Conséquences
En ce qui concerne l’irradiation interne, les conséquences sont du même type que lors d’une irradiation externe, c’est-à-dire qu’il peut y avoir des effets au niveau cellulaire, tissulaire ou génétique. Ils peuvent se déclarer rapidement ou tardivement (cancérogènes), essentiellement en fonction de la dose et, mis à part dans les cas extrêmes comme à Goiania en 1987, on meurt rarement des suites d’une incorporation de radionucléides.
La différence avec l’irradiation réside dans la localisation des effets. En cas de contamination interne, il est possible de connaître la zone touchée si l’on connaît le radionucléide incorporé (fixation préférentielle). Les dégâts seront alors souvent localisés, au niveau d’un organe ou des tissus voisins. Enfin, à la différence de l’irradiation externe, souvent de courte durée, une contamination entraîne généralement une irradiation interne des tissus pendant un temps beaucoup plus long. Ce temps sera déterminé entre autres par deux facteurs : la période physique et la période biologique de l’élément incorporé (cf § suivant).
A la différence d’une source radioactive qui se trouve à distance d’un corps et contre les rayonnements de laquelle on peut se protéger, on voit qu’en cas de contamination interne, aucune protection n’est possible, puisqu’on est porteur de la source. Il existe pourtant des moyens de faire diminuer cette contamination, en éliminant directement la source qui continue d’émettre. Ces processus de décontamination n‘ont qu’une efficacité limitée, surtout devant des accidents de grande ampleur.
Décontamination
Lorsque la contamination est externe, on procède par lavages successifs de la zone touchée mais plus généralement du corps entier (douches). Si des poussières sont en cause, des adhésifs sont parfois utilisés pour récupérer les contaminants, dans les deux cas, les eaux de lavage comme les produits utilisés doivent être gérés comme des déchets radioactifs.
Lorsque la contamination est interne, le but est de faire migrer les particules radioactives vers les voies d’élimination naturelles. L’efficacité des traitements va surtout dépendre de la précocité de l’intervention mais également des propriétés du contaminant.
On sait que chaque radionucléide se désintègre au cours d’un période radioactive qui lui est propre. Beaucoup d’entre eux ont des périodes trop longues pour ne compter que sur le temps pour que l’activité disparaisse. De plus, dans le corps humain, chaque radionucléide possède une période biologique [5]. Par la combinaison de ces deux facteurs (période physique et biologique), on peut définir la période effective, comme le temps au bout duquel la quantité de contaminant dans l’organisme est divisée par deux. Te = (Tb*Tp)/(Tb+Tp)
Te : période effective ; Tb : période biologique ; Tp : période physique.
Exemples :
| période radioactive | période biologique | période effective | |
| iode 131 | |||
| plutonium 239 |
Dans le cas particulier de la médecine nucléaire où des sources de radionucléides sont injectées à des patients après l’intervention, on cherche à forcer l’élimination par les voies naturelles. Ainsi, après une scintigraphie thyroïdienne pour laquelle on aura reçu 20 MBq de Technétium 99m, il faudra boire beaucoup d’eau pour que l’élimination par les voies urinaires soit la plus rapide possible. On limitera également le temps de contact avec l’entourage, pendant lequel on peut représenter un danger, surtout auprès des enfants.Enfin, on peut noter l’existence, pour certains radionucléides particuliers, de traitements médicaux plus poussés, dont le principe est de déloger le radionucléide de l’emplacement où il s’est fixé : on nomme ceci la décorporation. On peut citer par exemple comme agent décorporant, le Bleu de Prusse, qui a été utilisé suite à l’accident de Goiania au Brésil en 1987 et qui a permis d’éliminer notablement le césium des personnes contaminées.GLOSSAIRE :
Note technique relative à l’incident du 31 octobre 2001 et aux retombées des incidents ruthénium survenus à Cogéma-La Hague en 2001
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Lors d’un incident qui eut lieu le 18 mai 2001, les mesures dans l’environnement effectuées par l’ACRO avaient conduit l’association à interroger l’Autorité de Sûreté sur la validité du système de mesure des rejets aériens de Cogéma-La Hague. En effet, nos calculs montraient que la quantité de ruthénium-rhodium 106 déposée sur l’herbe était largement supérieure à la quantité totale rejetée annoncée par l’exploitant. Une évaluation de cette quantité à l’aide d’un modèle de dispersion dans l’environnement nous avait conduit à estimer que la Cogéma avait rejeté probablement 1000 fois plus que ce qu’elle avait annoncé (14 000 MBq pour 11 MBq déclarés).
La cause en serait un dépôt dans la canne de prélèvement du système de mesure à la cheminée de rejet. Devant l’impossibilité d’évaluer le terme source lors de cet incident, l’exploitant et l’ASN proposent un terme source majorant qui correspond à la quantité mesurée en sortie d’atelier. Lors de l’incident du 18 mai, la mesure en sortie d’atelier aurait été 400 fois supérieure à celle effectuée à la cheminée (4 500 MBq contre 11 MBq). En fonctionnement de routine, les activités cumulées sur une année donneraient un facteur majorant compris entre 5 et 10 entre les deux points de mesure.
Lors de l’incident survenu le 31 octobre 2001, Cogéma-La Hague a annoncé avoir rejeté environ 15 MBq ou 219 MBq selon les communiqués ; l’exploitant ne semble pas savoir exactement ce qu’il a rejeté par ses cheminées. L’ACRO a de nouveau constaté en évidence une contamination de l’environnement en Ruthénium-Rhodium 106 sous le panache. Au total, dix échantillons d’herbe ont été collectés le 5 novembre en dix endroits différents, tous situés au sud-est de l’établissement sous les vents durant l’incident. Les mesures par spectrométrie gamma mettent en évidence la présence de 106Ru-106Rh à des niveaux variables, compris entre 24 et 726 Bq/kg frais. A l’instar des observations faites à la suite de l’incident ruthénium du 18 mai 2001, le pâturage R2 situé à environ1 km de la cheminée en direction du SSE présente la plus forte teneur. L’ordre de grandeur, plusieurs centaines de Bq/kg frais, est confirmé par des mesures de vérification effectués sur des prélèvements datés du 10 novembre. Cette contamination ne peut être imputée ni aux rejets de routine ni à une rémanence de l’incident du 18 mai. Ainsi on n’observe pas de différences notables en terme de répercussions sur l’environnement entre les deux incidents du 18 mai et du 31 octobre 2001 : les niveaux d’activité relevés au mois de novembre représentent en moyenne entre 67% et 78% de ceux mesurés en mai dernier.
Une fois de plus, lors de l’incident du 31 octobre 2001, la quantité de ruthénium-rhodium 106 déposée sur l’herbe dépasse largement le terme source mesuré à la cheminée, ce qui le rend peu plausible. Une reconstitution réaliste du terme source à l’aide du modèle de dispersion dans l’environnement nous donne une valeur 667 fois supérieure au terme source mesuré à la cheminée er 46 fois plus grande que le terme source majorant mesuré en sortie d’atelier annoncé (6 400 MBq pour 219 MBq déclarés). Ces résultats confirment que la mesure à la cheminée n’est pas fiable et qu’en conséquence, elle ne peut servir pour évaluer les quantités rejetées passées ou contemporaines. De plus, ces mêmes résultats nous conduisent à nous interroger sur la validité de la mesure en sortie d’atelier ou sur la validité des modèles de dispersion atmosphérique qui servent de référence aux études d’impact environnemental, voire sur les deux éventuellement.
Les modèles de diffusion atmosphérique utilisés par l’exploitant et l’IPSN sont très approximatifs du fait de la difficulté de faire une comparaison directe entre la contamination surfacique calculée et mesurée. L’analyse des deux « incidents ruthénium » du 18 mai et du 31 octobre 2001 montre que le terme source en sortie d’atelier, considéré comme majorant par l’exploitant, couplé au modèle de diffusion atmosphérique de référence ne permet pas d’expliquer les résultats de contamination relevée par l’ACRO. L’approche théorique sous-estime l’impact environnemental des rejets aériens. La sous-estimation est encore plus grave avec un terme source pris à la cheminée. En aucun cas, le dépôt découvert sur la canne de prélèvement ne peut à lui seul expliquer ce désaccord. Si la mesure en sortie d’atelier est fiable, les modèles de diffusion atmosphérique sous estiment probablement l’impact pour tous les radioéléments rejetés par les cheminées.
Fiche technique de l’ACROnique du nucléaire n°52, mars 2001.
L’uranium naturel est l’élément chimique le plus lourd que l’on trouve dans la nature ; il est constitué de trois isotopes radioactifs, l’uranium 234, l’uranium 235 et l’uranium 238 dans les proportions suivantes : 0,0055%, 0,720% et 99,2745%. L’uranium 235 est le plus fissible et présente donc un intérêt énergétique et militaire. La plupart des réacteurs nucléaires utilisent de l’uranium dit enrichi car il a une proportion d’uranium 235 plus forte que dans l’uranium naturel. Elle est de 3,5% actuellement en France et pourrait monter jusqu’à 5% dans l’avenir. Pour faire une bombe, il faut monter à un taux d’enrichissement supérieur à 90%. Les résidus de ce processus industriel, qui contiennent très peu d’uranium 235 (0,3% en moyenne) sont appelés uranium appauvri. C’est donc un sous-produit de l’industrie nucléaire disponible en très grande quantité et bon marché.
L’enrichissement est un processus complexe car tous les isotopes de l’uranium ont les mêmes propriétés chimiques : seule leur masse diffère légèrement. En France, c’est par diffusion gazeuse que se fait le tri à l’usine Eurodif de Marcoule [1] – opération très coûteuse en énergie, puisque sa consommation en électricité représente l’équivalent de la production de trois réacteurs nucléaires. L’usine alimente une centaine de réacteurs, dont environ la moitié pour l’exportation. L’uranium appauvri issu de la fabrication de ce combustible étranger reste en France. Pour mille deux cent tonnes (métal lourd) de combustible enrichi consommé par an en France, on fabrique près de 8000 tonnes d’uranium appauvri. D’où des stocks importants : plus de 210.000 tonnes en France et dix fois plus aux Etats-Unis pour la filière civile sont classées comme stocks stratégiques et non comme déchets. La conversion chimique de l’uranium après l’enrichissement n’est pas sans danger et a conduit à Tokaï-mura au Japon, en 1999, à un grave accident [2].
L’uranium appauvri qui sort de l’usine d’enrichissement n’est que très partiellement utilisé par l’industrie nucléaire, qui le mélange à du plutonium pour faire du combustible Mox. Pour le reste, les débouchés étant rares, c’est un résidu bien encombrant. Une autre source de résidu d’uranium provient du retraitement des combustibles irradiés.
Dans un réacteur nucléaire, une partie de l’uranium 235 fissionne, il libère de l’énergie et donne alors naissance à de nouveaux éléments chimiques de masse moindre appelés produits de fission. Une faible partie absorbe un neutron pour donner de l’uranium 236. L’uranium 238 fissionne plus difficilement et donne plutôt de l’uranium 239 quand il est heurté par un neutron. Ce dernier se désintègre rapidement par rayonnements bêta en neptunium 239, puis en plutonium 239. Les isotopes plus lourds de l’uranium subissent un processus similaire. La séparation de l’uranium du combustible irradié dans les usines de retraitement n’est pas parfaite et il reste des traces de nombreux autres éléments radioactifs présents dans le combustible, dont du plutonium. Bien que plus riche que l’uranium naturel, l’uranium de retraitement est refusé par l’usine Eurodif en vue d’un ré-enrichissement car trop radioactif. En France, une petite partie de la production de l’usine Cogéma de La Hague est envoyée en Russie pour fabriquer des combustibles très spéciaux destinés à des réacteurs de recherche. Sur 24.000 tonnes d’uranium de retraitement produites (dont 17.000 pour le compte de la France), moins de 10% ont été ” recyclées ” [3]. Le reste est un résidu plus toxique que l’uranium appauvri, mais la distinction entre les deux n’est pas toujours faite. Selon la loi française, l’uranium de retraitement issu des combustibles étrangers ne doit pas être stocké en France au-delà des contraintes techniques, mais à notre connaissance aucun renvoi n’a eu lieu. A Bessine dans le Limousin, la COGEMA a été autorisée à stocker 199 900 tonnes d’oxyde d’uranium appauvri ; la présence d’uranium 236 laisse penser que de l’uranium de retraitement y est aussi stocké.
La double toxicité de l’uranium
Les différents isotopes de l’uranium présents dans ces résidus de l’industrie nucléaire sont tous des émetteurs alpha avec des périodes très longues, données dans le tableau ci-dessous ; ils donnent du thorium qui est lui même radioactif… La chaîne de désintégration de l’uranium 238, le plus abondant, est donnée ci-contre. Lors de l’extraction du minerai, l’uranium est séparé de ses descendants, tous présents dans la nature. C’est surtout en cas de contamination que l’uranium est dangereux. Le rayonnement alpha peut être arrêté par une feuille de papier, il est donc facile de s’en protéger. Par contre, lors d’une contamination (ingestion ou inhalation) les tissus humains sont très affectés par l’importante énergie rayonnée. C’est aussi, comme tous les métaux lourds, un toxique chimique.
| isotope | U234 | U235 | U236 | U238 |
| période | 245.500 ans | 73.800.000 ans | 23.420.000 ans | 4.468.000.000 ans |
Selon l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), ” les effets de l’uranium appauvri sur la santé sont complexes car ils sont liés à la forme chimique du composé qui pénètre dans l’organisme. Les effets peuvent être chimiques et/ou radiologiques. On ne dispose que d’informations limitées sur les effets sanitaires et environnementaux de l’uranium sur la santé et l’environnement. […] En ce qui concerne les effets radiologiques de l’uranium appauvri, le tableau se complique puisque la plupart des données connues concernent les effets sur la santé de l’uranium naturel ou enrichi. Les effets sur la santé dépendent des modalités (ingestion, inhalation, contact ou lésions) et du niveau d’exposition, ainsi que des caractéristiques de l’uranium appauvri (taille et solubilité des particules).” [4]
” L’organisme humain contient en moyenne 90 mg d’uranium provenant de l’absorption naturelle d’aliments, d’air et d’eau. On en trouve environ 66 % dans le squelette, 16 % dans le foie, 8 % dans les reins et 10 % dans les autres tissus.”[5] Afin de rassurer la population, il est souvent affirmé que l’uranium appauvri est environ 40% moins radioactif que l’uranium naturel que l’on trouve partout dans l’environnement. En effet, la période de l’uranium 238 étant beaucoup plus longue que celle de l’uranium 235, il se désintègre moins vite et est donc moins radioactif, mais dans la nature, on ne trouve pas de l’uranium pur. Le minerai extrait des mines françaises ne contient que 0,5% d’uranium et celui des mines canadiennes, les plus riches, entre 4 et 8%. Quant à l’écorse terrestre, elle contient en moyenne 3g d’uranium par tonne. L’uranium appauvri est donc beaucoup plus radioactif que notre environnement. Et l’uranium de retraitement, du fait de la présence d’impuretés radioactives, est encore plus radiotoxique.
L’activité massique de l’uranium 238 pur peut être aisément calculée à partir de sa période : 12.400.000 Bq/kg. Mais le thorium 234 obtenu se désintègre rapidement (24 jours de période) en protactinium 234 puis en uranium 234 (1,2 minute de période) par émissions bêta successives. L’uranium 234 a ensuite une période radioactive très longue, on peut donc estimer dans un premier temps que la chaîne s’arrête là. En fait, pour calculer l’activité de l’uranium appauvri, c’est à dire le nombre de désintégrations par seconde, il faut aussi tenir compte de ces deux descendants, ce qui donne une activité environ trois fois supérieure : 37.300.000 Bq/kg. En ajoutant la contribution des autres éléments présents, on arrive à 39.000.000 Bq/kg pour l’uranium appauvri. Pour calculer la radioactivité du site de Bessine, la Cogéma ne tient compte que de l’uranium et ignore ses descendants, évitant ainsi que le site soit classé en Installation Nucléaire de Base (INB) dont la législation est plus stricte. Ce mode de calcul a reçu la bénédiction du conseil d’Etat, malgré l’avis défavorable de la commission d’enquête publique…[6]
L’ingestion d’un gramme d’uranium 238 conduit à une dose de 0,57 mSv et l’inhalation à 99 mSv [7]. Pour le plutonium dont on trouve des traces dans l’uranium de retraitement, ces doses sont de un à trois million de fois plus élevées. L’ingestion de1,8 g d’uranium 238 par an ou l’inhalation de 0,01 g/an conduit à la limite annuelle pour la population qui est de 1 mSv par an. Dans la pratique, il faut aussi tenir compte d’autres voies d’exposition à la radioactivité du fait qu’il peut y avoir à la fois ingestion et inhalation. Ces chiffres sont donc des limites supérieures à ne pas atteindre.
Pour ce qui est de la toxicité chimique, l’OMS explique que ” l’uranium entraîne des lésions rénales chez l’animal de laboratoire et certaines études font apparaître qu’une exposition à long terme pourrait avoir des conséquences sur la fonction rénale chez l’être humain. Les lésions observées sont les suivantes : modifications nodulaires de la surface des reins, lésions de l’épithélium tubulaire et augmentation de la glycémie et de la protéinurie.”[8]
“Par ingestion orale : Le niveau de risque minimum est lié à cette ingestion par voie orale et pour une introduction de 1 µg d’uranium par kilo de poids et par jour. Autrement dit, pour un individu pesant 70 kg, le risque minimal chronique correspond à une dose de 26 mg par an (ATSDR 1977)[9]. Zamora 1998 [10] a présenté une étude sur les effets chimiques induits par une ingestion chronique d’uranium appauvri dans l’eau de boisson. Ce groupe humain a bu de l’eau contenant de l’uranium appauvri à la dose de 2 à 781 µg/litre (ce qui correspond à une dose comprise entre 0.004 et 9 µg/kg de poids et par jour ). Sa conclusion est: “ces investigations sont en faveur, à condition qu’il s’agisse d’une période chronique importante d’ingestion d’uranium, d’une interférence sur la jonction rénale”.
Par inhalation : Stokinger et al en 1953 [11] ont étudié les inhalations chroniques d’uranium appauvri sur des chiens. Cela a montré qu’une concentration d’uranium de 0.15 mg/m3 dans l’air ne produit pas d’effet observable. C’est à partir de cette expérimentation que l’on a déduit ce que l’on appelle le risque minimal par inhalation chez les humains et qui a été estimé à 1 µg/m3 et à partir duquel on a fait dériver dans un premier temps toutes les valeurs minimales acceptables en ce qui concerne ce radiotoxique.”[12]
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