Qu’est-ce que la radioactivité?

LA RADIOACTIVITE

La radioactivité n’a pas été inventée par l’Homme mais découverte en 1896, par Henry Becquerel, physicien français, au cours de ses recherches sur l’existence d’une relation entre le phénomène de fluorescence des sels d’uranium et les rayons X découverts par Wilhem Röentgen. Becquerel cherchait à savoir si les corps fluorescents émettaient un rayonnement capable d’impressionner une plaque photographique à travers un papier noir. Cependant, il fallut attendre 1934 pour qu’Irène et Frédéric Joliot Curie mettent en évidence la radioactivité artificielle.

Depuis, nombreuses sont les utilisations de cette radioactivité tant dans le domaine médical que dans le domaine agroalimentaire ou la production d’électricité. Parallèlement à son utilisation massive sont apparus les effets biologiques délétères de ces rayonnements et l’augmentation des risques d’accidents dus à leur importante utilisation. La radiobiologie a ainsi pour objectif une meilleure compréhension des effets biologiques des rayonnements afin d’établir des règles d’utilisation et de protection.

Qu’est-ce que la radioactivité?

La matière est faite d’atomes, la plupart du temps assemblés sous forme de molécules. Au cœur de chacun de ces atomes, se trouve un noyau, 10 000 à 100000 fois plus petit. La radioactivité est un phénomène qui se produit dans ce noyau. Certains noyaux sont instables, soit naturellement soit par suite de réactions nucléaires artificielles. Les deux principales causes d’instabilité sont un trop grand nombre de nucléons ou un déséquilibre entre les nombres de protons et de neutrons. Dans le premier cas, le noyau recherche la stabilité en émettant un noyau d’hélium ou particule alpha. Dans le second cas, un proton se transforme en un neutron (ou l’inverse), avec émission d’un électron ou d’un positron, c’est la radioactivité bêta. Quelle que soit le type d’émission cette évolution correspond à une transformation radioactive qui elle même correspond à l’élimination d’une énergie excédentaire sous forme d’un rayonnement, soit de particules, soit de photons.

On distingue ainsi quatre types de rayonnements :

– le rayonnement alpha (α) :
Lors d’une désintégration alpha, une particule alpha est éjectée à très grande vitesse (environ 20 000 km/s) hors du noyau qui se désintègre. Cette particule correspond à un noyau d’hélium et se compose de deux protons et de deux neutrons. Le rayonnement alpha a une portée de quelques centimètres dans l’air et ne pénètre que de quelques fractions de millimètres dans le corps humain. Les émissions alpha surviennent par exemple lors de la désintégration du radon 222, de l’uranium 238 et du plutonium 239.

– le rayonnement bêta (β) :
Lors d’une désintégration β un électron (émission β- ) ou un positron (émission β+ ) est éjecté du noyau qui se désintègre. Les rayons β sont plus pénétrants mais moins ionisants que les rayons α. Ils ont une portée de quelques mètres dans l’air (6 mètres) et pénètrent de quelques millimètres dans le corps humain. Les rayons β sont produits par exemple lors de la désintégration du tritium, du carbone 14, du phosphore 32, du potassium 40, du césium 134 et 137.

– le rayonnement gamma (γ) :
Une désintégration α ou β s’accompagne souvent de la production de rayons γ qui sont des rayonnements électromagnétiques comme les rayons X et la lumière du soleil. Ce type de rayonnement a été mis en évidence par Paul Villard en 1900. En règle général, les rayons γ sont plus pénétrants que les rayons α et β. Ce rayonnement ne s’atténue que progressivement lors de son passage à travers la matière. Les rayons γ de haute énergie traversent des centaines de mètres d’air et pénètrent profondément dans le tissu humain. Ils sont d’autant plus énergétiques que la longueur d’onde est courte. Les rayons γ sont émis par exemple lors de la désintégration β de l’iode 125 et du césium 134 et 137.

– les neutrons :
Les neutrons sont des particules n’ayant aucune charge et qui ont une force très pénétrante. Ces neutrons sont généralement présents dans les réacteurs nucléaires. Ils sont, comme les rayonnement γ et X, indirectement ionisants, car c’est leur capture par les noyaux ou leur interaction qui génère des rayonnements γ et/ou diverses particules.

Interaction des rayonnements avec la matière

Les rayonnements sont constitués, soit de particules (rayonnement alpha, bêta, neutrons) soit d’ondes électromagnétiques (rayonnement UV, gamma, X). Un rayonnement ionisant est un rayonnement dont l’énergie est suffisante pour ioniser les atomes ou molécules qu’il rencontre sur son chemin, c’est à dire pour leur arracher un ou plusieurs électrons. Dans les paragraphes suivants, nous détaillerons brièvement les processus d’ionisations et d’excitations au sein de la matière en fonction des différents types de rayonnements.

Interactions des particules avec la matière 

Cas des particules lourdes : les particules alpha 

Le rayonnement alpha est constitué d’un noyau d’hélium. Ce rayonnement interagit principalement avec les électrons des atomes cibles, engendrant une ionisation ou une excitation. Les interactions avec les noyaux sont secondaires. Les particules alpha ont une masse 1800 fois plus importante que celle des électrons. Elles ont une trajectoire rectiligne. La perte d’énergie lors des chocs avec des électrons est faible et la déviation subie lors des collisions est petite. Le parcours dans l’air d’une particule alpha ne dépasse pas quelques centimètres. Elle est arrêtée par une simple feuille de papier ou par la peau. Le rayonnement alpha n’affecte l’organisme que dans le cas d’une contamination interne ou cutanée. La densité d’ionisation produite étant très élevée, l’effet biologique des rayons alpha est très important, notamment dans l’ADN car la proximité des effets successifs peut endommager simultanément les deux brins de la chaîne.

Cas des particules chargées : les électrons 

Les électrons interagissent de manière prépondérante avec les électrons des atomes constituant le milieu traversé.
– Si l’énergie transférée par l’électron incident est supérieure à l’énergie de liaison (E > 30 eV) d’un électron de l’atome cible, celui-ci est expulsé du cortège et il y a ionisation de l’atome. L’électron ainsi arraché possède une énergie cinétique qu’il va alors à son tour transférer au milieu en interagissant lui même avec d’autres électrons.
– Si l’énergie transférée par l’électron incident est exactement égale à la différence entre les énergies de liaison de 2 couches électroniques de l’atome cible, un électron de cet atome saute sur une couche moins liée et il y a excitation. Les électrons atomiques concernés sont les électrons faiblement liés des couches externes.
– Si l’énergie transférée par l’électron est très faible, elle ne peut que contribuer à augmenter l’énergie de translation, rotation et vibration de la molécule portant l’électron cible. Il s’agit de la forme thermique de l’énergie. Elle est donc dissipée sous forme de chaleur.

Table des matières

INTRODUCTION
Chapitre I : Introduction – Généralités
I. LA RADIOACTIVITE
I.1. Qu’est-ce que la radioactivité?
I.2. Interaction des rayonnements avec la matière
I.3. Quelles sont les utilisations de la radioactivité?
I.4. Unités utilisées en radiobiologie et radioprotection
I.5. Sources d’exposition de l’Homme aux rayonnements ionisants
II. EFFETS BIOLOGIQUES DES RAYONNEMENTS IONISANTS
II.1. Effets moléculaires des rayonnements ionisants
II.2. Effets des rayonnements sur les molécules d’ADN et sur les chromosomes
II.3. Effets des rayonnements sur les autres molécules cibles
II.4. Effets des rayonnements ionisants sur l’organisme
III. LA RADIOPROTECTION
III.1. Historique et fondements de la radioprotection
III.2. La radioprotection chimique
Chapitre II : Synthèse de nouveaux radioprotecteurs
I. INTRODUCTION
I.1. Synthèse des amides (1-5)
I.2. Synthèse des thiols et aminothiols (6-15)
I.3. Synthèse des acides thiosulfoniques (31-35)
I.4. Synthèse des phosphorothioates (36,37)
I.5. Conclusion
II. TECHNIQUES EXPERIMENTALES
II.1. Solvants et réactifs
II.2. Enregistrement des spectres et mesures physico-chimiques
II.3. Partie expérimentale
Chapitre III : Activité Antioxydante et Radioprotectrice in vitro
I. INTRODUCTION
II. ETUDE DE LA NAPHAZOLINE
II.1. Introduction
II.2. Mise en évidence de la protection de l’ADN en présence de la Naphazoline après une irradiation gamma
II.3. Mise en évidence des dommages de l’ADN après réaction de Fenton en présence et en absence de la Naphazoline (NP)
II.4. Etude par Résonance Paramagnétique Electronique du mécanisme de capture des radicaux hydroxyles par la Naphazoline
II.5. Conclusion
III. ETUDE DES PROPRIETES ANTIOXYDANTES DES COMPOSES SYNTHETISES
III.1. Test au 1,1-DiPhényl-2-Picryl-Hydrazyl (DPPH)
III.2. Test au radical cation, l’acide 2,2’-azinobis-(3-éthylbenzothiazoline-6-sulfonique) (ABTS)
III.3. Conclusion
IV. ETUDE DU POUVOIR RADIOPROTECTEUR DES THIOLS ET AMINOTHIOLS
IV.1. Etude du pouvoir protecteur vis-à-vis de l’ADN des composés synthétisés après réaction de Fenton
IV.2. Evaluation du pouvoir radioprotecteur vis-à-vis de l’ADN plasmidique in vitro après irrradiation gamma
V. CONCLUSION
Chapitre IV : Etude theorique
I. ETUDE DE LA THEORIE FONCTIONNELLE DE LA DENSITE
I.1. Introduction
I.2. Méthodes de calculs
I.3. Resultats – Discussion
I.4. Conclusion
II. ETUDE DES RELATIONS STRUCTURE-ACTIVITE
II.1. Introduction
II.2. Principe
II.3. Résultats
III. DISCUSSION
IV. CONCLUSION
Conclusion
Perspectives
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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