RADIOACTIVITÉ

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La radioactivité autour de nous

Qu'elle soit naturelle ou artificielle, qu'elle provienne du Soleil, du cosmos ou des activités humaines, la radioactivité est présente autour de nous, en tous lieux, en tout temps.

Scintillateur liquide du détecteur KamLand

Photographie : Scintillateur liquide du détecteur KamLand

Le scintillateur liquide du détecteur KamLand est un gigantesque ballon de 13 mètres de diamètre, rempli quand il est opérationnel de 1 000 tonnes d'huile minérale et contenant 1 879 tubes photomultiplicateurs aptes à mesurer l'énergie des photons qui le traversent. 

Crédits : Stanford University

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Les réactions thermonucléaires produites au cœur du Soleil fusionnent, par des phénomènes de catalyse variés, 4 protons en un noyau d'hélium. Cela n'est possible que grâce à la radioactivité β qui permet de muer un (p) en un (n).

Les particules très énergétiques provenant de notre Galaxie ou même d'autres galaxies interagissent avec les atomes présents dans la haute atmosphère et donnent naissance à de nombreux éléments radioactifs, comme 14C, qui ensuite, par des phénomènes de convections souvent complexes, se retrouvent dans notre environnement et même dans notre corps, ce qui implique que chaque être vivant est lui-même le siège d'une certaine radioactivité.

Une grande partie de la radioactivité naturelle provient des radioéléments de trois grandes « familles ». Une famille est constituée d'un élément père et d'une série de descendants obtenus d'un parent par une désintégration de type α ou β. La filiation radioactive s'arrête sur un nucléide stable. La première famille démarre avec 238U et se termine au 206Pb, la deuxième a pour père 235U et s'achève au 207Pb, et la dernière commence avec 232Th et finit sur le 208Pb. Les périodes des pères sont beaucoup plus grandes que celles des fils et, avec le temps, il s'établit un « équilibre » tel que tous les descendants possèdent la même activité. C'est un peu comme si un grand réservoir d'eau (le père) se déversait dans une série de réservoirs de taille variable (les fils) avec un débit constant (l'activité) de façon que chaque réservoir se vide au même rythme qu'il se remplit ; le réservoir final (noyau stable) grossit au fil du temps. Cette radioactivité naturelle est responsable de la chaleur interne du globe et donc du volcanisme. C'est elle qui alimente nos ballons gonflés à l'hélium. Elle est aussi présente dans les roches ; ainsi le 226Ra contenu dans le granite rend les maisons construites avec ce matériau radioactives et alimente notre air avec un gaz inerte 222Rn particulièrement nocif.

La radioactivité naturelle est essentiellement due à des radionucléides de très longue période, de l'ordre de l'âge de la Terre (4,6 milliards d'années), sinon ils auraient déjà disparu, ainsi qu'à leurs descendants radioactifs, qui peuvent exister avec des périodes plus courtes puisqu'ils sont constamment renouvelés.

Il faut citer essentiellement les trois familles de l'uranium 238 (4,5 × 109 ans), de l'uranium 235 (7,1 × 108 ans) et du thorium 232 (1,4 × 1 010 ans), ainsi que l'isotope 40 du potassium (1,3 × 109 ans, 0,012 p. 100 du potassium naturel), émetteur β, sans descendant radioactif. Incidemment, la faiblesse relative de la période de l'uranium 235 explique sa faible concentration (0,7 p. 100) dans l'uranium naturel qui, pour la majorité des réacteurs actuellement en service, nécessite un enrichissement en isotopes 235. Cette concentration était de 3 p. 100 il y a près de deux milliards d'années, analogue à celle de l'uranium enrichi utilisé dans nos centrales électronucléaires, et elle a permis à cette époque le fonctionnement de réacteurs naturels découverts à l'état fossile au Gabon dans la mine d'uranium d'Oklo en 1972 (cf. encadré Le réacteur nucléaire naturel de Bagombé au Gabon).

La concentration massique moyenne de ces radionucléides dans la croûte terrestre est faible et se chiffre en parties par million. Néanmoins, ce sont des sources permanentes d'énergie, et l'énergie qu'ils dégagent est un des facteurs du bilan géothermique du globe terrestre. Les activités humaines produisent aussi de nombreux éléments radioactifs, de tous types et de toutes périodes. Il y a bien sûr les déchets des centrales nucléaires, les résidus des explosions des bombes, mais aussi tous les radio-isotopes produits dans les laboratoires de recherche et dans les hôpitaux.

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Imagerie médicale : les découvreurs de la radioactivité artificielle

Imagerie médicale : les découvreurs de la radioactivité artificielle
Crédits : Collection Guy Pallardy

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Nucléides connus

Nucléides connus
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Familles radioactives « naturelles »

Familles radioactives « naturelles »
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Scintillateur liquide du détecteur KamLand

Scintillateur liquide du détecteur KamLand
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Pour citer l’article

Bernard SILVESTRE-BRAC, « RADIOACTIVITÉ », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 18 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/radioactivite/