La découverte de la radioactivité

LA DECOUVERTE DE LA RADIOACTIVITE

La découverte de la radioactivité ne s’est faite ni en une seule fois ni par un seul homme. Il s’agit de découvertes expérimentales car la structure même de la matière, l’atome, n’était pas encore une hypothèse acceptée de tous. C’est suite à une cascade de découvertes entre 1895 et 1898 que la radioactivité et la structure de l’atome furent mises en évidence.

La première de ces découvertes fut celle des rayons X le 8 novembre 1895 par le physicien allemand Wilhelm Röntgen (1845- 1923) qui les a nommés ainsi du fait de leur nature inconnue. Il travaillait sur les rayons cathodiques et utilisait un tube de Crookes pour ses expériences. Il s’agit d’une ampoule de verre dans laquelle se trouve un vide poussé et où se propagent des rayons cathodiques obtenus par la mise à haute tension d’une cathode. Lorsque ces rayonnements touchent la paroi du verre, ce dernier fluoresce. Lors de son expérience, Wilhelm Röntgen a déposé un papier noir autour de l’ampoule et a placé un écran recouvert de platino-cyanure de baryum (plus fluorescent que le verre) à un mètre. En démarrant l’expérience, cette plaque fluoresçait à chaque fois même en mettant des objets entre le tube et la plaque .

LES OBJETS RADIOACTIFS

Les objets des années folles

Le radium a été une découverte scientifique importante mais est aussi devenu le symbole de toute une époque. Le XIXème siècle se termine avec une série de découvertes majeures et Marie Curie, illustre femme de science, et son radium fascinaient. Suite à cette cascade de découvertes, la société prit confiance dans le progrès et la technologie et était persuadée que la science réglerait tous les problèmes de ce monde. Au moment de sa découverte, le radium et le phénomène de radioactivité étaient seulement constatés et non compris. L’énergie dégagée par ce minerai semblait inépuisable et lui a conféré un aspect mystérieux. De ce fait, on lui a prêté rapidement de nombreuses vertus thérapeutiques, cosmétiques et énergétiques dans les années 1920-1930. La publicité n’a pas hésité à s’emparer du mot magique pour faire vendre des produits. Le radium se retrouvait partout : des crèmes, des vêtements de corps, des rasoirs, des stylos, des sodas, du beurre, des cigarettes, etc. De nouvelles marques ont vu le jour qui incorporaient les mots radioactif, atomique, radium ou tout autre nom pouvant évoquer le phénomène auprès des consommateurs.

La peinture luminescente

Une propriété célèbre des sels de radium est la luminescence spontanée. Déjà dans leur laboratoire, Pierre et Marie Curie avaient noté cette étrange capacité lorsqu’ils éteignaient les lampes. Mais le prix du radium était tel qu’il n’aurait jamais pu être utilisé ainsi pour des peintures. Cependant, une autre propriété qui permit l’élaboration de ces peintures luminescentes était de rendre fluorescentes certaines substances irradiées, tout particulièrement le sulfure de zinc qui fut utilisé pour les peintures. Cette substance lumineuse a donc été employée pour rendre visibles pendant la nuit les aiguilles des montres, mais aussi des cadrans des avions et des voitures, des objets religieux, des yeux de poupées, des leurres de pêche, et tout autre objet luminescent.

Durant la Première Guerre Mondiale, 30 g du précieux élément fut utilisé au total pour illuminer les cadrans, panneaux, boussoles et viseurs des armées, alors que lors de la Seconde Guerre Mondiale, les Etats-Unis seuls ont consommé pour des raisons militaires 190 g de radium, rendant des véhicules totalement radioactifs au vu du nombre d’objets contenant ces peintures, comme sur le cuirassé USS Iowa où 1400 objets peints au radium ont dû être éliminés. Pour le grand public, la
principale application de cette peinture était les aiguilles des montres dont le premier brevet a été déposé en 1903 par l’américain Georges F. Kunz.

La décroissance radioactive

Les désintégrations d’un échantillon d’isotope radioactif se font de façon imprévisible. Cependant, en utilisant les probabilités, le nombre de désintégrations dans un échantillon peut être déterminé sur un temps donné. Il a donc été observé qu’au cours du temps, le nombre de désintégrations de noyaux d’un même isotope radioactif décroît de façon exponentielle. Ce constat est appelé la loi de la décroissance radioactive. «On appelle activité d’une substance donnée le nombre de noyaux qui se désintègrent à un moment donné» et l’unité utilisée est le becquerel (Bq) qui correspond à une désintégration par seconde. Un isotope radioactif n’est pas caractérisé par le temps total nécessaire à une activité nulle mais par sa demi-vie (T½). Il s’agit du temps nécessaire pour que son activité diminue de moitié. Ainsi, il ne reste à une substance composée d’un isotope radioactif que la moitié des radionucléides après une demi-vie, puis plus qu’un quart après deux demi-vies, un huitième après trois demi-vies, etc.  Après une dizaine de demi-vies, l’isotope radioactif est considéré comme disparu bien qu’en réalité, il subsiste encore un millième de noyaux initiaux. Du fait qu’il s’agisse d’une courbe exponentielle, la courbe tendra vers zéro sans jamais l’atteindre.

Définition légale de la radioactivité et autorisation

La radioactivité se trouve à l’état naturel et est constamment présente en tant que bruit de fond. Chaque année, la dose annuelle moyenne reçue par la population suisse est de 4 mSv. La réglementation en vigueur légifère sur la quantité de dose annuelle qu’il est possible de recevoir en plus de celle reçue naturellement. Les travailleurs spécialisés en radioactivité ont l’autorisation de recevoir 20 mSv par an et sont suivis par des médecins, alors que pour la population normale qui ne subit pas de contrôle et qui n’a pas à travailler avec des éléments radioactifs, cette limite s’élève à 1 mSv. Le personnel de musée, ne rentrant pas dans la première catégorie, ne peut donc être exposé qu’à 1 mSv par an.

Selon l’Art.69 de l’ORaP, les lieux où sont manipulées des matières radioactives sont classés en quatre catégories selon l’activité totale des sources manipulées.

Laboratoire A : l’activité est de 1 fois la limite d’autorisation (LA) à la limite supérieure fixée par les autorités compétentes

Laboratoire B : L’activité est entre 1 et 10’000 fois la LA

Laboratoire C : L’activité est entre 1 et 100 fois la LA

Pour obtenir les autorisations, chaque laboratoire doit disposer d’équipements spéciaux et de protocoles précis. Les laboratoires où sont manipulées des sources radioactives mais dont l’activité est inférieure à la limite d’autorisation sont considérés comme des laboratoires « normaux », ce qui est le cas des musées par exemple.

Les matières radioactives sont définies par l’Art.2 de la LRaP et l’Art.1 et l’Art.2 de l’ORaP. Une matière radioactive est définie selon son radionucléide et son activité. Deux limites ont été posées en se basant sur l’activité des radionucléides :

La limite d’exemption (LE)
Pour chaque radionucléide, une activité est définie. Si la matière soupçonnée est au-dessus de cette limite, elle est considérée comme radioactive et sa manipulation est réglementée par la LRaP et l’ORaP. En-dessous de cette limite, la matière n’est pas considérée comme radioactive et n’entre pas dans la réglementation. Elle est alors dite exemptée.

La limite d’autorisation (LA)
Si une matière (ou plusieurs) dépasse l’activité de la La fixée pour chaque radionucléide, il est alors nécessaire de détenir une autorisation de l’OFSP pour la conserver. Si elle se trouve en-dessous de la LA mais au-dessus de la LE, elle est dite exceptée.

Table des matières

Introduction
1 Histoire et applications 
1.1 La découverte de la radioactivité
1.2 Les objets radioactifs
1.2.1 Les objets des années folles
1.2.2 La peinture luminescente
1.2.3 Les outils et appareils médicaux
1.2.4 Les céramiques et verres
1.2.5 Les manchons des lampes à gaz
1.2.6 Les détecteurs de fumée et paratonnerres
2 Le phénomène radioactif 
2.1 Sources radioactives
2.1.1 Sources naturelles
2.1.2 Sources artificielles
2.1.3 L’exposition humaine globale
2.2 La radiophysique
2.2.1 Le noyau
2.2.2 Les rayonnements
2.2.3 La décroissance radioactive
2.2.4 Les chaînes de désintégration
2.3 La radioprotection
2.3.1 Mesures du rayonnement
2.3.2 Effets sur la matière vivante
2.3.3 Les moyens de protection
3 La radioactivité et les musées
3.1 Les musées de Suisse
3.1.1 Collections ciblées en Suisse
3.2 Juridiction
3.2.1 Textes de réglementation
3.2.2 Institutions de radioprotection
3.2.3 Définition légale de la radioactivité et autorisation
3.3 Protocoles de comportement
3.3.1 Identification visuelle
3.3.2 Identification analytique
3.3.3 Evaluation du danger
3.3.4 Gestion du danger
4 Cas pratiques : les peintures luminescentes
4.1 Situation
4.2 Démarche
4.3 Les objets
4.3.1 Les boussoles
4.3.2 L’anémomètre
4.4 Evaluation du danger
4.4.1 Mesure du débit de dose et des coups par seconde
4.4.2 Détermination du radionucléide
4.4.3 Mesures de contamination
4.5 Traitements curatifs
4.5.1 Décontamination
4.5.2 Fixation de la contamination
5 Synthèse
Conclusion
Abréviations et sigles
Glossaire
5.1 Vocabulaire
5.2 Unités de mesure

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