Parcours d’un échantillon à l’ACRO

Du prélèvement à l’analyse

FICHE TECHNIQUE extraite de l’ACROnique du nucléaire n°42, septembre 1998


Pour préparer « la science en fête », dans le cadre du centenaire de la découverte de la radioactivité, des lycéennes et une enseignante du lycée Charles De Gaulle sont venues à l’ACRO pour suivre le parcours d’un échantillon du prélèvement à l’analyse.


Pour contrôler la radioactivité d’un site, on contacte l’ACRO qui intervient, soit sur le terrain en envoyant son équipe qui ramène ensuite les échantillons prélevés, soit en lui envoyant directement les échantillons suspectés. En effet, nombreux sont les membres d’associations de protection de l’environnement, de consommateurs, ou les particuliers qui effectuent eux-mêmes les prélèvements et font ensuite parvenir les échantillons à l’association, parfois même par voie postale. L’ACRO compte aussi parmi ses clients des industriels, comme une société agroalimentaire produisant de la bière biologique ou des gérants de décharges industrielles qui, pour se conformer à la loi, ne doivent pas stocker de déchets radioactifs. Ou encore, des collectivités locales qui demandent des études plus complètes.

Dans tous les cas, la mesure de la radioactivité nécessite un traitement complet des échantillons… Ainsi l’été dernier, l’ACRO a reçu dans son laboratoire des crabes ou des morceaux de tartre ramassés à proximité de l’extrémité de la canalisation de rejet de la Cogema, par les équipes de Greenpeace. Certains font ensuite une belle «carrière médiatique».

Sur le littoral, ce sont en effet des crustacés, des algues, des mousses ou des lichens qui sont prélevés ; tandis que dans les cours d’eau, on privilégiera l’eau et les sédiments. Mais une fois le sédiment, le végétal, le crustacé extrait de son milieu naturel, quel est son devenir ? Prenons le cas des mousses prélevées en 1994 dans la Sainte Hélène qui prend sa source dans l’enceinte de l’usine de retraitement de La Hague.

En premier lieu, on prépare les échantillons pour la mesure de leur taux de radioactivité. Tout d’abord, ceux-ci sont lavés et nettoyés et n’est conservée que la partie caractéristique du végétal. Ensuite, ces mousses sont déshydratées dans l’étuve puis réduites en poudre de façon à garantir une bonne homogénéité de l’échantillon. La dernière étape de cette phase de préparation consiste à les conditionner en pots. On choisit alors une géométrie adaptée à la nature de l’échantillon, à son état solide ou liquide et à sa masse. Lorsque cette quantité est trop importante et la préparation trop longue, on conserve souvent les bio-indicateurs au congélateur de façon à les préserver dans l’état où ils ont été ramassés.

En second lieu, on mesure la radioactivité présente dans l’échantillon. C’est en fait la machine qui se charge du comptage. Cette mesure s’effectue dans un laboratoire distinct du premier où est installé un spectromètre gamma relié à un poste informatique. Cet appareil va mesurer l’énergie des photons émis et comptabiliser leur nombre pendant une durée déterminée. Il va ainsi permettre d’identifier les radioéléments présents et de déterminer leur activité. Des mesures de la radioactivité bêta pour la recherche du tritium peuvent être également effectuées au laboratoire mais cela nécessite une préparation chimique plus complexe. Si la contamination est importante, les mesures peuvent prendre quelques heures mais elles peuvent aussi durer jusqu’à 10 ou 22 heures, si elle est faible.

Enfin, des scientifiques effectuent le traitement des données. Ils entreprennent l’analyse qualitative des spectres en séparant la position des pics. En effet, l’ordinateur leur fournit des histogrammes du nombre de photons détectés en fonction de leur énergie. Chaque radioélément a une position caractéristique sur l’axe des abscisses qui permet de l’identifier. En calculant la surface des pics, ils déterminent leur activité en Becquerel qu’ils ramènent à la masse ou au volume de l’échantillon. (un Becquerel correspond à une désintégration par seconde).

Parfois, ils joignent aux mesures un commentaire des résultats obtenus et les publient dans le journal de l’ACRO.


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La spectrométrie gamma

Fiche technique extraite de l’ACROnique du nucléaire n°32, mars 1996


Depuis la parution du premier ACROnique, l’ACRO réserve la ou les dernières pages de son trimestriel à la diffusion de tous ses résultats. Ces chiffres sont les résultats d’analyses réalisées dans son laboratoire à l’aide d’une chaîne de spectrométrie gamma.
L’intérêt de ce matériel est de pouvoir identifier et quantifier les corps radioactifs (émetteurs gamma) et en particulier de pouvoir distinguer la radioactivité artificielle de la naturelle, ce qui n’est pas possible avec un simple compteur (type geiger).


Le rayonnement gamma

Le rayonnement issu d’un radio-élément peut-être de différentes natures : on parle d’émission alpha, bêta, X ou gamma (Voir notre article sur Notions de base de radioactivité). Le rayonnement gamma, qui suit généralement une émission alpha ou bêta, est issu du noyau de l’atome et correspond à une désexcitation de ce dernier. En effet, après une désintégration alpha ou bêta, le nouveau noyau n’est pas toujours dans un état d’équilibre énergétique : il possède encore “un trop plein d’énergie”, on dit qu’il est excité. Pour se débarrasser de cet excédent, il va émettre un ou plusieurs rayonnements gamma d’énergie déterminée et caractéristique du noyau et donc de l’atome en présence. c’est en quelque sorte la signature du radioélément.

Le rayonnement gamma est un rayonnement analogue à celui de la lumière, mais beaucoup plus énergétique. On appelle “photon” la particule associée à ce rayonnement.

La spectrométrie gamma

D’où l’idée que si l’on dispose d’un appareil qui permet d’une part de mesurer exactement l’énergie des photons gamma émis et d’autres part d’en comptabiliser le nombre pendant une certaine durée, on peut alors identifier les radioéléments présents et déterminer leur activité. Cet appareil d’analyse n’est autre qu’un spectromètre gamma.

Qu’est ce que le détecteur ?

Mais voilà, on dit que les rayonnements sont imperceptibles, qu’on ne peut pas les toucher, les voir, les sentir ; ce qui est vrai pour l’homme, l’est aussi pour l’électronique associée à la chaîne de mesure qui gère les informations. Pour assurer la détection, il faut avoir recours à un organe intermédiaire qui va transformer les rayonnements en une grandeur (en l’occurence une tension électrique) directement exploitable par l’électronique associée à la chaîne de mesure.

Que se passe-t-il quand un photon gamma pénètre dans le détecteur ?

– Soit il se ballade sans laisser la moindre trace de son passage et il nâest pas détecté. (N’oublions pas qu’à l’échelle d’un photon la matière peut-être assimilée à une “passoire”.)
– Soit il y a interaction du photon avec les atomes constituant le cristal de germanium et la détection devient possible, elle repose alors sur les effets engendrés par le rayonnement gamma sur la matière et est optimale pour un effet donné (appelé effet photoélectrique).

Les spectres ?

L’analyse d’un échantillon par spectrométrie gamma donne naissance à un spectre : histogramme du nombre de photons détectés en fonction de leur énergie. Le spectre est caractérisé par un fond continu (bruit de fond) décroissant avec l’énergie et par la présence de plusieurs pics (voir ci-dessous). Chaque pic correspond à un rayonnement gamma issu de la désexcitation des noyaux instables ou atome radioactif présent dans l’échantillon.

Et les pics ?

1°) Par la position des pics (ou énergie des photons), on entreprend l’analyse qualitative du spectre : on détermine les radioéléments présents dans l’échantillon analysé.

2°) Par la surface des pics (ou nombre d’impulsions), on entreprend l’analyse quantitative du spectre : on détermine pour chaque radioélément (présent dans l’échantillon) son activité en becquerels ramenée à la masse ou au volume de l’échantillon (Bq/kg sec ou Bq/L).

Et la durée de comptage ?

La désintégration d’un noyau par l’émission d’un photon gamma est un phénomène spontané. S’il est possible de prévoir le comportement d’un grand nombre de radioéléments dans le temps, estimation de l’activité, en revanche il est impossible de dire exactement à quel moment un noyau va se désintégrer. Cette particularité, impose de faire des mesures sur un temps suffisamment grand pour gommer les irrégularités et obtenir un résultat d’activité le plus exact possible.

A titre d’exemple, les analyses d’échantillon de l’environnement réalisées au laboratoire de l’A.C.R.O., nécessite des temps de comptage allant de 15 heures à 3 jours.

spectre


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