Polluants radioactifs

Index 

1. D'où vient la radioactivité de l'air ?

2. La radioactivité naturelle de l’air

3. Pollution par la radioactivité apportée ou créée par les activités humaines

 

 

1. D’où vient la radioactivité de l’air ?

L’air que nous respirons contient de la radioactivité puisqu’elle est partout ; elle peut provenir d’atomes gazeux radioactifs (radon, carbone14, etc.) ou de particules très fines véhiculées par le vent ; elle provient de sources naturelles (cosmiques, volcans, poussières) ou artificielles (rejets industriels, essais d’armements nucléaires dans l’atmosphère, accidents).

Avant d’examiner les sources de pollution radioactive de l’air, nous ferons d’abord un «état des lieux» en présentant la radioactivité naturelle de l’air, puis nous détaillerons les polluants anthropomorphiques (ceux provenant de l’activité humaine) ; enfin nous aborderons le cas particulier d’accidents, et notamment celui de Tchernobyl.

 

2. La radioactivité naturelle de l’air

L’air que nous respirons est naturellement radioactif en raison de deux sources indépendantes d’éléments gazeux radioactifs, les rayons cosmiques extra-terrestres et la Terre elle-même.


a) La radioactivité due aux rayons cosmiques

La plupart des particules et ondes de grandes énergies qui arrivent sur Terre finissent par heurter des molécules de gaz, en particulier celles se trouvant dans les couches supérieures de l’atmosphère ; elles peuvent les ioniser ou créer de nouvelles molécules dont certaines peuvent être radioactives ; il se crée ainsi une grande quantité d’éléments radioactifs différents, mais soit parce qu’ils sont à vie courte, soit parce qu’ils sont produits en quantité faible, ils n’intéressent que des scientifiques spécialisés. Il y en a un pourtant que tout le monde connaît, c’est le carbone14 qui peut être généré lorsque des neutrons en provenance du soleil ou au-delà heurtent des noyaux d’azote;

1 TBq = 1 TéraBecquerel = mille milliards de désintégrations par seconde

il s’en forme ainsi naturellement environ 1000 TBq/an et, en tenant compte du cycle du carbone et de sa période de 5730 ans, il y en a naturellement environ 140.000 TBq dans l’atmosphère, soit un atome de carbone14 pour mille milliard d’atomes de carbone12; cela peut paraître très peu, mais cela veut pourtant dire qu’à chaque fois qu’on inspire on absorbe environ 7 millions d’atomes de carbone 14 : il est ainsi responsable de 0,012mSv/an de la dose naturelle de radioactivité reçue par chaque individu, soit environ 0,5% de la dose moyenne française; c’est un émetteur β de 156,5 keV.

 

Parmi les nombreux autres éléments ainsi fabriqués dans la haute atmosphère, nous en citerons deux autres, que l’on retrouvera plus loin dans le chapitre des polluants fabriqués par l’homme, le tritium et le krypton85 :

  • le tritium, l’isotope radioactif de l’hydrogène (H3), se forme naturellement dans la haute atmosphère; il a une période de 12,3 ans et son inventaire naturel dans la biosphère est de 75 kg, soit environ 27 millions de TBq ; il a les mêmes propriétés chimiques que l’hydrogène et se retrouve donc dans toutes les formes d’eau existant dans la biosphère, notamment l’eau de mer ; c’est un émetteur β de très faible énergie (19 keV).
  • le krypton 85 est formé naturellement dans la haute atmosphère à raison de 0,4 TBq/an ; il a une période de 10,7 ans et une concentration naturelle dans l’air de 0,1 Bq/m3. Gaz rare et inerte, il ne se reconcentre pas dans la chaîne alimentaire et ne se fixe pas dans les organismes vivants ; c’est un émetteur β de 687 keV.

b) La radioactivité de l’air due à la Terre

Parmi les éléments radioactifs naturels issus des chaînes de décroissances de l’uranium et thorium présents dans la Terre, il y en a un qui est gazeux et qui a donc tendance à se dégager par les  fissures et failles qui existent dans la croûte terrestre : c’est le radon.


Qu’est-ce que le radon ?

Découvert à la fin du 19ème siècle par Pierre et Marie Curie en observant que le radium émettait un gaz radioactif, le radon est le plus lourd des gaz rares et est plus lourd que l’air. Il est inodore, incolore, insipide, et, comme tous les gaz rares, inerte chimiquement.

En fait, il y a 3 isotopes du radon, les Rn219, Rn220 et Rn222, tous gazeux ; les deux premiers issus respectivement des chaînes de décroissance de l’uranium235 et du thorium232 ont des périodes très courtes (4 et 55 secondes) de sorte qu’ils se sont désintégrés en leurs descendants solides bien avant d’arriver dans l’air ; aussi quand on parle du radon, c’est toujours au radon222 qu’on fait référence.


Le radon 222 est un élément radioactif naturel, dont l'importance tient à ce qu'il est une des principales sources de radioactivité à laquelle l'homme est exposé (environ 37% de l’exposition moyenne aux rayonnements ionisants de la population française, mais dans certaines régions il peut représenter bien plus de 50% de cette exposition).
Il fait partie de la filiation radioactive de l'uranium238 dont il est le sixième descendant. Il est issu de la désintégration du radium226 et se désintègre lui-même en polonium 218, en émettant une particule alpha, qui lui-même se désintègre....etc. jusqu’à l’arrivée au plomb206 stable. Sa période étant courte (3,8 jours), on ne l'observerait pas dans notre environnement s'il n'était généré en permanence. Dans la filiation de l'uranium 238, il se crée à chaque instant autant de radon qu'il en disparaît. C'est la loi de l'équilibre séculaire.
L'uranium étant présent en proportions variables dans la plupart des roches (et donc dans la plupart des matériaux de construction), on trouve du radon partout et pas seulement au voisinage des sols granitiques et schisteux.
Le radon étant gazeux s’échappe du sol, et se dilue rapidement dans l'atmosphère dès qu'il atteint la surface du sol. Mais il n'en va pas de même lorsqu'il s'infiltre à travers pores et fissures jusqu'aux caves et pièces d'habitations de nos maisons calfeutrées. Piégé, et plus lourd que l’air, il peut alors s'y accumuler et parfois atteindre des concentrations susceptibles d'augmenter le risque de cancer du poumon (l’OMS l’a déclaré cancérigène en 1987).

Les zones dites à risque en France :
Alors que la concentration moyenne de radon en France est de 66 Bq/m3 d’air, il y a des variations importantes ; les plus faibles concentrations se trouvent dans les zones sédimentaires (Bouches du Rhône 14 Bq/m3), les plus élevées dans les massifs cristallins (Massif Central, Bretagne, Limousin). 5 départements ont des moyennes supérieures à 150 Bq/m3, la Corrèze, la Creuse, le Finistère, la Loire et la Haute-Vienne.
Selon l’IRSN 370.000 logements français auraient des concentrations supérieures à 400 Bq/m3 et 75.000 des concentrations supérieures à 1000 Bq/m3
Le radon présent dans l'air d'une habitation provient essentiellement de deux sources : les matériaux de construction et le sol. La contribution des matériaux de construction ne dépasse généralement pas quelques dizaines de Bq/m3, sauf dans les habitations en pierre de granit. Par contre, le sol de l'habitation peut être la source de concentrations en radon de quelques centaines de Bq/m3, en particulier dans les zones granitiques. La concentration en radon varie d'une maison à l'autre dans une même zone géologique. Elle varie aussi fortement d'une région à l'autre, en fonction de la nature géologique du sous-sol (le granit et le schiste en contiennent plus). En outre, certaines conditions exceptionnelles, liées à la composition du sol sous la maison (facteurs géologiques très locaux ou résultat d'activités humaines antérieures), peuvent engendrer des concentrations en radon élevées. Enfin, la concentration en radon varie au cours de la journée (plus élevée le matin), d'une saison à l'autre (plus élevée en hiver) et aussi en fonction des conditions météorologiques (plus élevée lors des basses pressions et lors du phénomène d'inversion de température). Plus on s'éloigne de la source (de la cave), plus la concentration diminue. Enfin, plus la ventilation est forte et efficace, moins il y a de fortes concentrations de radon dans l'habitation.

 

 

 

L'Union Européenne recommande d'agir à partir de concentrations dépassant 400 Bq/m3 (en valeur moyenne annuelle) dans les maisons existantes, et 200 Bq/m3 pour les nouvelles habitations.
Voici ce que dit l’Union Européenne :
Si la mesure de dépistage dans une pièce habitée donne :

Moins de 60 Bq/m3 Situation normale, aucune action ne s'impose
De 60 à 150 Bq/m3
Concentration un peu plus élevée que la normale, mais non inquiétante. Veillez à assurer une ventilation suffisante, particulièrement dans les caves et vides sanitaires, et à colmater les voies de passage possibles du radon.
De 150 à 400 Bq/m3 Une action peut être envisagée, surtout si un enfant ou un fumeur est exposé au radon. Cette action n'est ni impérative ni urgente.
De 400 à 1000 Bq/m3 Prenez les mesures simples qui sont possibles (ventilation accrue, surtout des caves et des vides sanitaires, colmatage des voies d'entrée possible du radon). Faites exécuter une étude détaillée du problème et un dépistage dans l'ensemble des pièces
Plus de 1000 Bq/m3 Le problème doit être résolu rapidement. En attendant l'exécution des travaux nécessaires, aérer le plus souvent possible les pièces occupées

Les risques de concentration du radon dans les habitations sont-ils préoccupants?

On peut penser que ces recommandations de l’UE, faites sur la foi d’études épidémiologiques dans lesquelles il est difficile de faire la part du danger dû au tabac et celui dû au radon, sont exagérément alarmistes. En effet les populations soumises à des concentrations importantes de radon (400.000 personnes habitant le Kerala en Inde ont été suivies) ne présentent pas de fréquence plus élevée de cancer du poumon. Comme aime à le dire le professeur Aurengo : « Si vous êtes inquiets du radon, aérez 5 minutes le matin, le midi et le soir. Évidemment les gens qui sont sur le marché vous proposeront des solutions incomparablement plus lourdes et coûteuses ».

Comment le radon peut-il induire des cancers du poumon ? Quand on inhale 1 litre d’air à 40 Bq/m3, 20.000 atomes de radon pénètrent dans les poumons et leurs descendants solides émettent des rayonnements alpha, peu pénétrants, mais accompagnés de gamma qui irradient les cellules des bronches. Notez que ce n’est pas le radon lui-même qui est dangereux, mais ses descendants et, parmi eux le redoutable polonium210, cinq fois plus toxique à quantités égales que le plutonium. Si on inhale du radon, comme c’est un gaz rare inerte il repart lorsqu’on exhale ; mais comme sa période est courte, certains de ses atomes se sont désintégrés dans les poumons et ses descendants solides restent fixés sur les bronches où ils émettent leurs rayonnements. Ce phénomène peut induire le développement du cancer.
En France le cancer du poumon est responsable d’environ 22 000 décès par an essentiellement du fait du tabagisme. La consommation par un individu d’un paquet de cigarettes par jour multiplie le risque de cancer par un facteur d’environ 10 à 20 ; selon certains experts, il y a une augmentation identique du risque si on passe toute sa vie dans une atmosphère contenant 3 000 Bq/m3 de radon.

Enfin, le radon se mesure très bien : le principe d’un dosimètre à radon est le même que celui d’une photographie. Les particules alpha émises par le radon frappent le film du dosimètre. Un procédé chimique permet de révéler sur le film les impacts.
Une mesure coûte environ 30 euros.


 

3. Pollution par la radioactivité apportée ou créée par les activités humaines

1 GBq=1 gigaBecquerel = 1 milliard de Becquerels

a) Apport supplémentaire de radioactivité naturelle

Certaines activités ont pour conséquences d’augmenter localement la quantité de radioactivité naturelle dans l’air.

On pense naturellement à l’extraction minière de l’uranium qui amène à la surface des quantités supplémentaires de radium, donc de radon (à chaque tonne d’uranium en équilibre avec ses descendants correspond 170 GBq de radon), mais c’est également le cas pour d’autres extractions minières tels que les phosphates (engrais) et le charbon ; ainsi ce dernier, compte tenu des quelques 3 milliards de tonnes qui sont extraites chaque année des entrailles de la Terre, constitue une source de plusieurs dizaines de téraBecquerels de radon tous les ans ; cela est tellement vrai que l’industrie du charbon contribue plus à la dose collective reçue par l’Homme que l’industrie nucléaire mondiale, comme on peut le voir sur l’histogramme ci-contre. Notons toutefois que cela ne change pas significativement la concentration naturelle en radon de l’air, sauf localement.

 b) Apport de radioactivité artificielle dans l’air

Cet apport provient de l’industrie nucléaire en général, des essais nucléaires militaires dans l’atmosphère (arrêtés depuis 1963), et d’accidents.


- L’industrie nucléaire : en fonctionnement normal (hors situations incidentelles ou accidentelles) la pollution de l’air par des substances radioactives rejetées par les centrales nucléaires est extrêmement faible, de l’ordre du GBq par an et donc ne contribue pas à la pollution de l’air.

Krypton 85 : lors des opérations de retraitement, les produits de fission gazeux se dégagent ; la plupart sont arrêtés par les traitements qui sont effectués sur le flux gazeux, sauf les gaz rares du fait de leur inertie chimique (les isotopes du krypton et du xénon) ; un seul de ces gaz rares est radioactif et représente environ 8% en volume des gaz rares rejetés, le Kr85, de période 10,7 ans; c’est un émetteur β

En revanche les usines de retraitement des combustibles nucléaires usés rejettent des gaz qui contiennent, outre un peu de tritium, de carbone14 et d’iode129, des quantités significatives de krypton85 (de l’ordre de 300.000 TBq/an à La Hague) ; c’est pourquoi la teneur en Kr85 dans l’air est maintenant de 1,2 Bq/m3, contre 0,1 avant l’ère nucléaire et 0,8 en 1980; mais soyons rassurés, il ne contribue malgré cela que de manière non significative (0,01 mSv/an) à la dose moyenne annuelle et, compte tenu de sa période de 10,7 ans, sa teneur dans l’air ne devrait plus croître considérablement (à l’équilibre, il s’en détruira autant qu’il en est produit de nouveau).
Le tritium a fait - et fait encore un peu - l’objet d’une production importante à des fins militaires et comme c’est un isotope de l’hydrogène possédant les mêmes propriétés de dissémination que celui-ci, on en retrouve un peu partout (mais surtout dans les eaux liquides, terrestres ou océaniques). Les rejets en tritium dans l’atmosphère dus à l’industrie civile sont insignifiants et le cycle de l’eau fait qu’il se retrouve rapidement dans les eaux liquides. Signalons que si un jour la fusion nucléaire est exploitée industriellement, la production de tritium, soit in situ, soit extérieure (comme dans ITER), conduira à augmenter ces rejets.
Globalement, on se rappellera que l’ensemble de l’industrie nucléaire mondiale conduit à une augmentation de moins de 1% de la dose moyenne reçue par l’homme du fait de la radioactivité naturelle. On rappellera également la distribution de pastilles d’iode au voisinage des centrales nucléaires comme mesure préventive en cas d’accidents avec rejets d’iode radioactif.


Dose collective : elle s’exprime en hxSv (homme.Sievert) et représente la totalité de la dose reçue par une population donnée (ici la population mondiale).
Comme le souligne la CIPR et les experts en radioprotection, il n’est pas correct de calculer un nombre de décès théoriques en divisant la dose collective par la dose individuelle considérée comme mortelle (qui est d’environ 10 Sv) ; c’est en effet toute la différence entre une forte dose reçue en une fois et une faible dose reçue sur une longue période.

- Les essais militaires dans l’atmosphère : Il y a eu dans le monde 2408 essais nucléaires militaires dont 541 atmosphériques et 1867 souterrains, soit 530 Mt équivalent TNT dont 440 dans l’atmosphère (1MtTNT libère 1015 calories); arrêt des essais atmosphériques en Août 1963 ; dose collective en résultant : 30.106 h.Sv (Tchernobyl : 0,6.106h.Sv, rayonnements naturels : 650.106h.Sv et radiations médicales : 90.106h.Sv); lors de l’arrêt des essais atmosphériques en 1964, les retombées contribuaient à 7% de la dose moyenne reçue par chaque individu et aujourd’hui à moins de 1% ; parmi les rejets dus à ces essais, on peut mentionner le tritium pour 240.106 TBq, C14 pour 22.104 TBq, Cs137 pour 9.105 TBq, Kr85 pour 3,3.104 TBq, Pu239 pour 6,5.103 TBq (2,8 tonnes). (source AIEA)


- Les rejets accidentels : on ne peut pas parler de pollution radioactive de l’air sans parler de Tchernobyl, tant ce nom est pour beaucoup l’archétype de « la dangerosité » du nucléaire ; et pourtant les rejets radioactifs dus à cette catastrophe ont été 50 fois inférieurs à ceux consécutifs aux essais nucléaires militaires et même 15 fois inférieurs à ceux d’un autre accident, passé inaperçu, celui de Mayak (ex-URSS, 1947), consécutif à l’explosion d’une cuve de produits de fission.

 

Le lecteur intéressé trouvera sur d’autres sites une littérature abondante sur le sujet et saura faire le tri entre réalité des faits et affabulations, voire mensonges sur les sujets du « fameux nuage » et des cancers (notamment de la thyroïde) consécutifs à cet accident. Nous nous contenterons ici de citer deux calculs provenant de la documentation de l’IRSN, organisme d’état qu’on ne peut pas soupçonner de faire partie du « lobby nucléaire » :

L’iode131, de période 8 jours n’est qu’un des isotopes de l’iode présents dans les rejets gazeux de Tchernobyl, les autres étant l’iode 132, l’iode133 (périodes respectives de 2,4 et 20,8 heures) et l’iode129 (période 15,7 millions d’années). Seul l’iode131 est invoqué en France dans les affaires de cancer de la thyroïde, alors qu’en Ukraine, c’est surtout l’iode132 qui est responsable des cancers de la thyroïde des enfants (compte tenu des périodes respectives, d’où l’importance à connaître les périodes des éléments dont on parle)
a) Pour le français moyen l’excès de dose sur 60 ans dû à l’accident de Tchernobyl correspond à 1% de la dose naturelle moyenne et est donc équivalent à passer 15 jours de plus aux sports d’hiver chaque année. Pour le français théorique le plus exposé (habitant le Mercantour et consommant tous les jours du sanglier aux champignons locaux), l’excès de dose dû à Tchernobyl aurait été de 10% la première année, 2% sur les dix années suivantes et moins de 0,5% les 50 années suivantes, toujours par comparaison avec la dose reçue naturellement.
b) Les rejets en iode de Tchernobyl ont été 400 fois inférieurs à ceux des essais militaires atmosphériques et les teneurs en iode131 mesurées dans le lait après l’accident n’ont jamais dépassés 400 Bq/l dans les régions les plus exposées en France (pour une moyenne de 88 Bq/l), alors que le seuil réglementaire était à l’époque de 100.000 Bq/an ; cela justifie que les autorités n’aient pas pris de mesures particulières de restrictions alimentaires à l’époque.