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Nucléaire et la Radioactivité naturelle

Le nucléaire et la radioactivité naturelle sont un phénomène omniprésent dans la nature qui ne présente aucun danger à de faibles niveaux même dans l’air.

Notre environnement se compose en effet de matières radioactives naturelles comme le thorium et l’uranium.

Ces deux éléments génèrent eux-mêmes du radium et du radon lors de leurs désintégrations naturelles.

Le niveau de radioactivité de l’air et donc de notre environnement est variable.

Radioactivité dans la nature

Ainsi le radium et le radon contribuent au rayonnement naturel auquel sont soumis toutes les espèces vivantes sur notre planète.

Les radiations naturelles se mesurent aussi avec des unités :

  • Millisieverts ; un millième de sievert et abrégé en mSv (1 000 mSv = 1 Sv)
  • Microsieverts ; un millionième de sievert et abrégé en uSv (1 000 000 uSv = 1 Sv)
  • Rem ou Mrem (plus petit millirem) ; 100 rem valent 1 sievert
  • Roentgen ; 1 Roentgen (R) vaut 0,877 rem ou 0,00877 Sieverts

On évoque davantage la radioactivité artificielle (centrales nucléaires) alors que la radioactivité naturelle représente 58 % de l’irradiation totale annuelle des populations.

En effet cette irradiation existe avec l’exposition naturelle dés lors que l’on se promène.

Le cosmos et le soleil nous irradient donc en permanence avec des rayons ionisants.

Ce rayonnement cosmique représente 7% de l’irradiation totale. On ne peut l’éviter.

Son origine résulte de l’activité nucléaire des astres, étoiles et supernovas.

Le champ magnétique terrestre nous en préserve en partie mais le rayonnement reste plus important en altitude.

Sinon l’atmosphère nous irradie aussi.

Ainsi le radon que l’on inhale en permanence, représente à lui seul 34% de l’irradiation totale.

Ce gaz fait partie du nucléaire et la radioactivité naturelle.

Vient ensuite l’irradiation causée par les radionucléides comme le potassium, le thorium et l’uraniam.

Cette irradiation naturelle résulte de la désintégration en cours depuis la création de la terre et provoque des rayonnements ionisants (voir durée de vie des matières nucléaires).

Cette irradiation représente à elle seule 11% de l’irradiation totale et varie suivant les régions de la planète (en fonction des roches).

Décroissance de la radioactivité

Le Big Bang date de 13 milliards d’années et la terre d’un peu plus de quatre milliards d’années.

Le plutonium et l’uranium formés dans les étoiles de première génération ont disparu depuis longtemps.

Par contre par rapport à l’univers, nous nous trouvons dans l’âge du thorium qui subsiste.

Après un milliard d’années, la radioactivité du thorium devient dominante avant de devenir négligeable après sa demi-vie de l’ordre de mille milliards d’années.

Ainsi Depuis le big Bang toutes les espèces vivantes de la planète vivent les radiations naturelles ; plantes, arbres, insectes, mammifères, poissons, coquillages  etc,..

Cette irradiation se retrouvent donc dans les légumes et les fruits que nous consommons.

Mais aussi dans les engrais au phosphate, les produits du tabac et les produits courants de construction (tel que briques et blocs de ciment)

On estime qu’un humain avec une exposition de 5 sieverts peut en mourir.

A titre indicatif, à Tchernobyl (Chernobyl) les niveaux de rayonnement dans les zones les plus touchées du bâtiment du réacteur furent de l’ordre de 300 Sv/h soit 300 000 mSv/h.

La dose était mortelle en prés d’une minute.

La demi-vie radioactive d’un noyau radioactif se nomme d’ailleurs période radioactive.

En effet c’est l’un des termes les plus utiles pour estimer la vitesse de décomposition d’un nucléide sur notre planète. Et même dans l’espace…

La demi – vie radioactive est le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux présents dans un échantillon macroscopique puisse se désintégrer (voir la table greenhired).

C’est donc de façon équivalente, le temps au bout duquel l’activité radioactive a diminué d’un facteur 2.

Principe de la décroissance

Le principe nucléaire de la décroissance gouverne notre planète et la radioactivité naturelle.

Depuis sa naissance, notre planète se compose de matières radioactives qui pour beaucoup perdent leurs radioactivités depuis des millénaires.

En retirant le plutonium du combustible usé on divise ainsi l’activité radioactive par 3 à 8 au delà de 100 ans.

Et ensuite par 1000 à l’échéance du premier millénaire.

Il faudra donc moins de 10 000 ans pour atteindre le niveau de décroissance que le combustible usé aurait atteint en 100 000 ans.

Si on retire les actinides mineurs du combustible usé, la période de 100 000 ans se ramènent à 300 ans.

La transmutation se donne pour objectif de les muter en espèces nettement moins radiotoxiques.

Par contre il n’est pas possible de définir exactement une durée de vie pour une matière radioactive.

On peut juste définir le moment où 50%, 90 % ou 99,9 % de ses atomes auront disparu :

  • le césium-137 perdra ainsi 99.9 % de sa radioactivité en 300 ans
  • le neptunium-237 ne verra que 3% de ses atomes décroître en 100 000 ans.

La période d’observation des déchets nucléaires s’échelonne donc de 100 ans à 100 000 ans.

Le carbone 14 illustre parfaitement le phénomène naturel de la décroissance de tous les éléments présents sur Terre depuis sa création.

En effet le carbone 14 (Z=6) est un noyau radioactif instable. Il se désintègre et libère alors un électron.

Il se transforme alors en un autre noyau ; l’azote 14 (Z=7).

Dans ce noyau, le neutron se transforme en proton quand il éjecte un électron.

Le nouveau noyau se désexcite alors en émettant un rayonnement gamma (γ).

Les déchets nucléaires

Dans le domaine de la radioactivité naturelle et du nucléaire, les déchets sont un sujet majeur.

L’enjeu de la destruction des déchets radioactifs est énorme et stratégique.

Les recherches ne manquent pas sur le sujet. Et les idées non plus d’ailleurs.

Il existe les pires comme celle de l’immersion en mer et les plus scientifiques avec la fusion.

Le physicien français Gérard Mourou, lauréat du prix Nobel de physique 2018, propose ainsi d’utiliser des lasers pour détruire des déchets nucléaires.

Cette technique, la transmutation, consisterait à changer la composition du noyau d’un atome en le bombardant avec un laser.

Une autre technique, en cours d’étude, est celle de la fusion.

Sur terre, toutes les espaces vivantes sont radioactives avec l’ingestion d’éléments radioactifs (carbone 14 et potassium 40) présents naturellement dans les plantes, les animaux et l’eau.

Article : P. du Chélas

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