Les effets néfastes de la radioactivité et des rayonnements ionisants sur le corps humain sont bien connus. Ces derniers peuvent affecter les cellules et l’ADN de manière imperceptible et irréversible, ce qui peut avoir des conséquences pour la santé: augmentation de la probabilité de développer un cancer, maladies génétiques ou encore des malformations et des effets sur la reproduction. Cependant, sait-on vraiment ce qu'est ’un rayonnement ionisant et pourquoi sont-ils aussi dangereux ? Et surtout comment les personnes qui sont susceptibles d'être en contact avec ces rayonnements peuvent s’en protéger ?
Un rayonnement est dit ionisant lorsque l’énergie émise est suffisamment importante pour arracher des électrons aux atomes qu’il traverse, les transformant ainsi en ions (1), ce qui engendre l’instabilité de la matière. Un atome instable va chercher à se stabiliser, et ce en émettant un des 3 types de rayonnements. Les rayonnements alpha, qui engendrent la perte d’un proton ou neutron grâce à l’émission d’un noyau d’hélium, les rayonnements bêta plus (+) ou moins (⁻) qui permettent la conversion d’un neutron en proton grâce à l'émission d’un électron ou d’un positron, particule chargé positivement. Finalement nous avons les rayonnements gamma , qui émettent des photons de très haute énergie. Ces rayonnements provoquent plusieurs effets sur l’organisme dépendants de la dose reçue et du type de rayonnement. Les rayonnements alpha par exemple pourront être arrêtés avec une simple feuille de papier mais seront beaucoup plus dangereux pour la santé s’ils sont ingérés ou inhalés, que les rayonnements gamma qui eux peuvent traverser plusieurs mètres de béton et sont plus insidieux. Pour que cela devienne dangereux pour l’homme il faudrait dépasser la limite d’exposition du public fixée qui est de 1 millisievert par an (unité de radioprotection mesurant la dose de rayonnement reçue, mSv/an), (2) en plus des expositions médicales et naturelles. En effet nous sommes toujours en contact avec des rayonnements ionisants car la radioactivité est présente en très faible dose de manière naturelle. Il existe tout de même des secteurs ou les travailleurs sont plus exposés aux rayonnements. Pour les travailleurs du nucléaire, la limite réglementaire d'exposition en France établie par l’Agence de l'énergie nucléaire est de 20 mSv/an. Le nucléaire est très utilisé dans plusieurs secteurs de la société, c’est le cas notamment dans le secteur de l’énergie avec l’énergie nucléaire, mais aussi en médecine, où les rayons ionisants sont une façon de traiter certaines maladies comme les Cancers. Néanmoins le contact à répétition avec les rayons ionisants représente un danger pour la santé des travailleurs de ces secteurs.
Face à ces risques, il est essentiel de mettre en place des mécanismes de contrôle et de protection, tant pour les travailleurs que pour la population en général.
Un des moyens de prévention est d'établir des taux limite de doses de rayonnements, et pour contrôler que les travailleurs des secteurs du nucléaire ne dépassent pas ces doses, des appareils de mesure sont utilisés tel que les compteurs Geiger-Müller permettant de mesurer avec une certaine précision les rayonnement arrivant à l'appareil en un instant t (3). Un autre type d’appareil est le dosimètre thermoluminescent TLD, dont nous allons voir justement en détail le fonctionnement et ce qui rend cet appareil aussi utile dans les secteurs du nucléaire. Un dosimètre TLD, est capable de restituer sous la forme de lumière les rayonnements reçus: plus le dispositif a reçu de rayonnements, plus la lumière restituée sera forte en intensité. Cela est possible grâce au phénomène de thermoluminescence.
Exemple de différents dosimètres TLD se plaçant sur différentes parties du corps selon les endroits exposés.
Commençons donc tout d’abord par définir ce que c’est que le phénomène de thermoluminescence.
Lorsque certains matériaux à structure cristalline, ayant au préalable été en contact avec des rayonnements, sont chauffés, l’agitation thermique permet au matériau de rétablir sa structure cristalline, lors de ce processus de réparation il existe une émission de lumière, c’est cela qu’on appelle phénomène de thermoluminescence (4).
Ce phénomène sert surtout à l'identification de radioactivité et de rayonnements ionisants. En effet, le dosimètre thermoluminescent est capable de donner une mesure de la dose émise et du type de rayonnement mis en jeu. Ils sont souvent constitués de matériaux cristallins et notamment de fluorure de lithium (FLi), élément qui va se dégrader à cause de l'énergie apportée par ces rayonnements, les imperfections laissées seront comme une empreinte digitale du rayonnement en question qui permettra l’analyse par la suite . Après utilisation, les dosimètres sont chauffés, ce qui permet aux matériaux cristallins de se reconstituer et d'émettre des photons lumineux, leur intensité, qui dépend du type de rayonnement, sera par la suite analysée. Ces dispositifs sont amplement utilisés, depuis une quinzaine d’années car le matériau thermoluminescent peut être ajusté pour répondre à la sensibilité nécessaire à l'application souhaitée. Autrement dit, la dimension de l’élément de détection peut être petite. Cela permet de moduler la technique pour faire de la dosimétrie d’extrémité, ou du cristallin. Par exemple, les bagues thermoluminescentes, servant à la mesure de la dose de radioactivité au niveau des doigts lorsqu’ils y sont exposés, sont composées d’un détecteur lui-même composé d’une pastille de fluorure de lithium. Lorsqu’un phénomène de radioactivité a lieu, la pastille est chauffée et émet une lumière proportionnelle à l’exposition au rayonnement. Il existe aussi un dosimètre cristallin appelé “DOSIRIS” que l’on positionne à droite ou à gauche de l'œil grâce à un serre-tête et qui est exposé aux rayonnements. Ce dispositif est surtout utilisé dans le domaine médical par les professionnels, souvent exposés aux rayonnements. Ces dosimètres thermoluminescent donnent une mesure précise du rayonnement.
En conclusion, les dispositifs inventés dans le domaine de la radioprotection sont de plus en plus ingénieux et novateurs. Sachant que le nucléaire est de plus en plus utilisé dans plusieurs secteurs de la société et connaît une forte extension, même si fortement controversée, on ne peut pas nier qu'elle est au cœur des enjeux actuels et futurs. Il est donc primordial de renforcer les mesures de sécurité pour protéger la santé des individus, en particulier dans des pays comme la France, où cette industrie occupe une place stratégique.
Rédigé par Rayan Indari; Noham Fernandez; Jean-Michel Marette
Sources:
(1)https://www.irsn.fr/savoir-comprendre/dialogue-pedagogie/quest-ce-quun-rayonnement-ionisant
(3)https://laradioactivite.com/articles/laboratoire/compteurs_geiger
(4)https://laradioactivite.com/articles/questionsdoses/dosimetresthermoluminescents
(5)https://laradioactivite.r.in2p3.fr/wp-content/uploads/2020/12/Dosimetres_TLD.jpg (source de l’image)
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