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Radioactivité naturelle renforcée : les terrils de phosphogypse

C'est en lisant l'étude des Robins des Bois sur la radioactivité naturelle renforcée des phosphogypses (PDF), commandée par l'Autorité de Sûreté Nucléaire, que j'ai découvert que nous avions un terril de phosphogypse en plein métropole lilloise, à Wattrelos. Ce terril fait partie de l'ancienne fiche UCPK, transformée depuis en espace naturel. Ma première visite sur le site, de courte durée à cause du mauvais temps avait été quelque peu décevante sur le plan de l'intérêt radiologique, le compteur geiger ne relevant aucune hausse significative de la radioactivité, même à deux mètres du terril (28 CPM mais le temps était pluvieux et les descendants du radon pouvaient fausser la mesure). Dans un sens, tant mieux, cela montre que la requalification de la friche industrielle a été bien effectué.

Terril phosphogypse Wattrelos friche PCUK

La deuxième visite a été plus concluante car j'ai pu monter sur le terril lui-même. Cela est en principe interdit, mais la clôture est grande ouverte en plusieurs endroits. Le lieu est superbe : une vrai petite réserve naturelle en miniature. J'ai pu y croiser plusieurs lapins, des corvidés et même un renard. En ce qui concerne les rayonnements, le nombre de détections beta et gamma affiché par le compteur oscille entre 35 et 50 CPM, quand la moyenne du bruit de fond est autour de 15-20 CPM un kilomètre plus loin :

Radioactivité terril PCUK Wattrelos

On a donc bien une radioactivité additionnelle sur le terril, même s'il n'y a pas de quoi fouetter un chat. A titre de comparaison cette radioactivité est à peine supérieure à celle que je peux mesurer à l'intérieur de notre maison en brique de la métropole. Les études que j'ai pu lire envisageant différents scénarios d'exposition sur le site montrent d'ailleurs que l'exposition des personnes à proximité des terrils est minime.

J'ai pu prélever un échantillon de quelques dizaines de grammes de phosphogypse du terril. L'activité n'est pas extraordinaire, mais on y décèle quand même lors d'une mesure suffisamment longue par spectrométrie gamma les pics d'énergie caractéristiques des descendants de l'uranium et du radium :

spectrométrie gamma phosphogypse

Comme on peut le voir, les pics de Pb214 à à 295 keV et 352 keV et le pic de Bi214 à 609 keV sont clairement visibles. Au final le site PCUK s'avère une promenade très intéressante pour les amateurs de nature et les férus de science :)

Débit de dose et distance

La théorie dit que le débit de dose d'une source radioactive ponctuelle est inversement proportionnel au carré de la distance. Ainsi, si le débit de dose est de X à une distance A, alors le débit à une distance B est égal à (X*A²)/B². Autrement dit, le débit de dose est divisé par 4 en doublant la distance, et divisé par 8 en triplant la distance.

Comment vérifier expérimentalement la théorie ? J'ai déplacé une source le long d'une règle, avec au point zéro mon spectromètre Armadillo, reconverti pour l'occasion en simple compteur grâce au logiciel Theremino Geiger.

Expérience mesure du débit de dose en fonction de la distance

Les mesures ont été effectuées tous les 2cm, avec un temps de mesure pour chacune suffisamment long pour que l'incertitude soit inférieure à 5%. Au contact, la source affichait 82 CPS et 24cm plus loin 0.47 CPS. Voici la courbe représentant l'ensemble des mesures, avec en pointillé la courbe prédite par la théorie. L'axe horizontal représente la distance en cm :

Graphe débit de dose vs distance

Les mesures à partir d'une distance de 6cm collent bien à la théorie. Pour les distances inférieures à 6cm, c'est une autre histoire, parce qu'a de si faibles distances la source ne peut plus être considérée comme ponctuelle. On considère en effet en radioprotection qu'une source est vraiment ponctuelle quand la distance entre le détecteur et la source est 5 fois plus grande que la plus grande dimension de la source, et à peu près ponctuelle quand cette distance est 2 fois plus grande que la plus grande dimension de la source. Dans ce dernier cas, le débit est alors surestimé de 5%. Ma source ayant un diamètre apparent de 3cm, cela donnerait normalement une zone de surestimation entre 6cm et 15cm. Celle-ci n’apparaît pas sur mon graphique car j'ai pris comme valeur de référence le débit de dose à 12cm. Par contre on constate bien une surestimation pour la zone de 0 à 8cm.

Moralité : si vous devez vous protéger d'un objet radioactif (ou soupçonné de l'être) prenez simplement de la distance, car le débit de dose diminue très vite. Et à l'inverse ne prenez pas un objet fortement radioactif avec les doigts car la dose localement reçue aux extrémités pourra être élevée.

Expérience : décroissance des descendants du radon

Le radon, c'est pas bon. Mais ce gaz radioactif permet de faire quelques expériences intéressantes, comme l'étude de la décroissance radioactive. Pour cette expérience, j'ai d'abord collecté les descendants du radon présents dans l'air à l'aide d'un ballon électrisé, pendant environ 60 minutes. J'ai ensuite dégonflé le ballon, l'ai compacté sous forme de rouleau pour concentrer la radioactivité, puis je l'ai posé au contact de mon compteur geiger pour mesurer l'activité initiale de celui-ci, et son évolution dans le temps.

L'activité de départ n'était pas extraordinaire cette fois-ci, 75-80 CPM environ, contre plusieurs centaines quand j'avais tenté cette expérience la première fois. Cela dit, l'étude de l'évolution dans le temps de l'activité montre quand même bien le phénomène de décroissance :

Courbe de décroissance des descendants du radon

La courbe bleue correspond au nombre de CPM (coups par minute) mesurés, la courbe rouge correspond à la régression exponentielle des mesures. La pseudo-période mesurée, c'est-à-dire le temps pour que l'activité de l'échantillon diminue de moitié, est de 40 minutes environ, ce qui coïncide avec les données de la littérature scientifique, qui évoquent des pseudo-périodes variant de 30 à 40 minutes en fonction de l'abondance des différents descendants du radon. Cette pseudo-période est influencée principalement par la désintégration du polonium 218 en plomb 214 (demi-vie de 27 min), et par la désintégration du plomb 214 en bismuth 214 (demi-vie de 20 min).

Radioactivité, compteurs geiger et seuil de décision

Face à une mesure plus élevée que la normale, comment savoir si la valeur affichée par un compteur geiger correspond bien à une radioactivité avérée, ou simplement à une variation naturelle du bruit de fond ?

Les professionnels utilisent la notion de seuil de décision. Le seuil de décision (SD) est la valeur en nombre de détections nettes à partir de laquelle on peut affirmer de façon sûre qu'on est en présence d'une radioactivité additionnelle, avec une certitude connue. Sa valeur est donnée par la formule SD=k*√(2*(BdF+1)) dans laquelle k est un facteur d'élargissement pouvant aller de 1 à 3 et où BdF est le bruit de fond, exprimé en nombre de détections. Le facteur k doit être fixé à 2 pour une certitude de 95% et à 3 pour une certitude de 99.9%.

Si par exemple un compteur geiger affiche un bruit de fond de 26 CPM, le seuil de décision avec une incertitude de 99.9% sera de 3*√(2*(26+1)) soit environ 22 CPM. On sera donc certain à 99.9% d'être en présence d'une radioactivité additionnelle si le nombre de CPM affiché par l'appareil est supérieur de 22 CPM au bruit de fond, soit 48 CPM. Si on prend un facteur k de 2, on sera certain à 95% d'être en présence d'une radioactivité additionnelle si le nombre de CPM affiché est supérieur à 26+15=41 CPM.

Notez que le seuil de décision n'est pas directement proportionnel au nombre de détections. De ce fait on aura tout intérêt à faire des mesures longues quand cela est possible. Si le bruit de fond moyen est de 26 CPM mais que cette moyenne est établie sur 10 minutes, le seuil de décision sera de 3*√(2*(260+1))=68. On sera donc certain pour des mesures de 10 minutes d'être en présence de radioactivité à partir de 328 détections, soit un CPM moyen de 32.8 CPM au lieu de 48 CPM pour des mesures d'une minute. Les mesures longues permettent donc de détecter des activités plus faibles.

Maintenant que penser d'une mesure qui est supérieure au bruit de fond mais reste cependant inférieure au seuil de décision ? On ne peut être certain qu'il y a bien de la radioactivité. Mais une autre notion appelée limite de détection (LD) nous dit que si malgré tout il y a de la radioactivité, son activité ne peut être supérieure à deux fois la limite de détection (LD= 2*SD). Ainsi si le bruit de fond est de 26 CPM et que la mesure est de 35 CPM, on ne peut pas affirmer de façon sûre qu'il y a de la radioactivité puisque le seuil de décision brut est de 48 CPM. Mais en tout état de cause, la radioactivité éventuellement présente ne pourra pas être supérieure à 2*22=44 CPM.

Détecteur de radon Corentium Home (ex Canary)

Savez-vous quelle est la principale source d'exposition des français à la radioactivité ? Ce ne sont pas les centrales nucléaires, ni les radioélements libérés lors des centaines de tests atomiques, ni les retombées des nuages radioactifs de Chernobyl ou Fukushima. La principale source d'exposition, et de loin, est un gaz naturel, le radon. Le fait qu'il soit naturel n'en fait pas un gaz inoffensif : le radon serait à l'origine en France de 1000 à 3000 décès par cancer du poumon, et des recherches sont menées pour voir s'il ne serait pas impliqué dans d'autres maladies, comme les leucémies infantiles.

Carte radon France (données IRSN)

Le radon est un produit de la désintégration du radium, lui même issu de la désintégration de l'uranium. C'est surtout à l'intérieur des maisons qu'il pose problème, car il tend à s'y accumuler. Toutes les régions ne sont pas concernées de façon égale par le risque radon. Les régions granitiques, au sol riche en uranium, sont les plus concernées comme la Bretagne, le Massif Central, la Corse, le Limousin... Les région sédimentaires sont moins à risque en général mais le taux de radon peut néanmoins être localement élevé quand il y a des failles. C'est le cas par exemple de certains endroits du pays minier dans le Nord Pas-de-Calais. Le mieux est donc d'interroger le site de l'IRSN pour connaître le potentiel radon de votre commune (ou le site de l'AFCN pour la Belgique).

Le radon ne peut pas être détecté avec un compteur geiger. D'abord parce que c'est un émetteur alpha et que la plupart des compteurs geiger ne détectent que les rayons beta et gamma, et surtout parce que les activités volumiques sont trop faibles pour être mesurées avec ce type d'appareil. Jusque ici, le seul moyen pour un particulier de mesurer la présence de radon était d'acheter un kit au charbon actif, de le laisser 2 mois dans la maison sans y toucher et de le renvoyer à un laboratoire pour obtenir les résultats de la mesure. Pas très rapide ni très pratique.

Détecteur de radon Canary

Heureusement, la technique progresse et la société norvégienne Corentium a mis au point un détecteur électronique, le Corentium Home (anciennement Canary), qui non seulement affiche des résultats plus rapides, mais est aussi plus précis. L'incertitude de la mesure est ainsi de 20% après une semaine et 10% après un mois. Pour atteindre cette précision, le détecteur utilise la spectrométrie alpha. Il faut compter une semaine de mesure pour obtenir des résultats statistiquement fiables, même si on peut déjà avoir une idée approximative de la quantité de radon au bout de 24h à 48h.

Le Canary est un appareil très simple à utiliser, il est d'ailleurs dépourvu de tout bouton et se met en route dès que les 3 piles AAA qui l'alimentent sont insérées. Il faut toutefois veiller à bien positionner le Canary pour que les mesures soient justes : l'appareil doit ainsi être positionné à plat, à au moins 50cm du sol et à au moins 1.50m de toute porte, fenêtre ou bouche d'aération. Il est également suggéré d'effectuer les mesures en période de chauffage. L'autonomie du détecteur avec un jeu de piles est de 2 ans, ce qui fait qu'on peut laisser l'appareil allumé en permanence.

Le Canary affiche trois mesures, toutes exprimées en Becquerels/m³. Le "long term average" correspond à la moyenne de l'activité radon depuis que l'appareil est allumé. C'est donc une mesure sur le (très) long terme. Le "short term average" correspond aux moyennes des activités pour les sept derniers jours et les dernières vingt-quatre heures. La moyenne des sept derniers jours est actualisée une fois par jour, tandis que la moyenne des dernières vingt-quatre heures est actualisée toutes les heures. Ce qui est pratique pour constater soit les variations naturelles, soit les résultats des actions d'aérations destinées à faire baisser le radon.

A mon domicile, en métropole lilloise, la concentration moyenne en radon affichée par le Canary pour le rez-de-chaussée est de 25 Bq/m³ ce qui coincide avec les données IRSN pour ce lieu. Ce niveau d'activité est satisfaisant en terme de risque, puisque il est sensiblement inférieur au seuil des 100 Bq/m³ que l'OMS recommande de ne pas dépasser, et est également bien inférieur au futur maximum légal européen de 300 Bq/m³ à l'intérieur des habitation fixé par la directive Euratom de 2014. A l'étage, dans la pièce ou je stocke mes quelques minéraux radioactifs ainsi qu'une montre et un réveil au radium, la concentration est encore plus basse : 20 Bq/m³. Ce qui montre que la faible quantité de radioéléments qui s'y trouve n'est pas un problème en terme d'émanations de radon, d'autant plus que tous ces objets sont stockés dans des sachets plastiques et conteneurs étanches.

Le détecteur de radon Canary peut être acheté directement auprès du fabriquant pour 199€ environ et est également proposé par Amazon et quelques distributeurs français comme Cdiscount. Merci à Halvor Wøien de la société Corentium pour avoir permis ce test !

Lutétium

En matière d'éléménts radioactifs naturels, tout le monde en a déjà au moins entendu parler d'uranium et de thorium. Mais connaissez-vous le lutécium ?

Lutetium metal

Le lutécium est un métal de la famille des terres rares. Deux isotopes de cet élément existent, le lutetium 175 qui est stable, et le lutetium 176 un radionucléide primordial qui représente 2.6% des atomes de cet élement.

Si le lutécium 176 est radioactif, son activité est très faible du fait de sa demi-vie très longue : 36 milliards d'années, plus de deux fois l'âge de l'univers ! Mon échantillon d'un gramme ne fait pratiquement pas réagir mon compteur geiger (27.6 CPM au contact contre 26.6 CPM pour le bruit de fond pour une mesure de 16 minutes, soit bien en dessous du seuil de décision). Par contre les émissions gamma sont étonnamment visibles lors d'une spectrométrie gamma, avec la présence de deux pics caractéristiques à 202 et 307 keV :

Spectre gamma Lutetium

Il aura quand même fallu 17000 secondes pour obtenir ce spectre :)

Château de plomb

Il est bon en matière de spectrométrie gamma de s'affranchir au maximum du bruit de fond en utilisant un château de plomb servant de blindage contre les radiations extérieures. Je possédais déjà un petit contenant enveloppé de plomb (1 ou 2mm d'épaisseur), mais celui-ci était assez peu efficace. Le nouveau, composé à partir d'un rouleau de plomb de toiture est déjà bien plus satisfaisant.

Chateau de plomb

La majorité du rayonnement venant de l'horizon (rayonnement tellurique) j'ai d'abord crée une base carrée de 20cm de côté et d'une épaisseur d'environ 7.5mm. Avec le plomb restant j'ai créé un cylindre avec des parois épaisses d'environ 8mm. L'ensemble pèse 8kg. L'ensemble des surfaces ont été recouvertes de papier aluminium puis d'adhésif transparent afin d'éviter toute contamination au plomb.

Les spectres produits montrent bien une amélioration de la résolution dans les basses et moyennes énergies. Certains pics apparaissent, qui avaient auparavant l'apparence de simples bosses, ou n'étaient pas visibles du tout. Cela est clairement visible sur ce spectre d'un manchon de lanterne au thorium. Le spectre sans château y apparaît en rouge, et le spectre avec château en bleu :

Spectres gamma avec et sans chateau

Alors certes, ça ne vaut pas un château de plusieurs dizaines ou centaines de kilos, mais c'est déjà ça, et c'est bien plus transportable. En terme de CPS, on passe de 2.48 à 0.6 détections par seconde pour le seul bruit de fond, soit une division par un rapport de plus de 4. Je n'exclue pas de rajouter dans le future quelques lingots de plomb supplémentaires autour du puits pour améliorer encore le rapport signal/bruit.

Electrodes au tungstène radioactives

Si vous travaillez avec des électrodes réfractaires au tungstène de type WT20 pour du soudage TIG, sachez que celles-ci sont radioactives, même si ce n'est pas toujours spécifié sur l'emballage. Ces électrodes sont reconnaissable au fait que leurs extrémité sont peintes en rouge. Le "T" de "WT20" indique que ces électrodes contiennent du thorium et le "20" qu'elle contiennent 2% de dioxyde de thorium (Th02). Le thorium représentant 87.88% de la masse du ThO2, chaque baguette contient environ 100*0.02*0.8788 = 1.76% de son poids en thorium.

Electrodes tungstène thoriées radioactives

Le thorium est un métal naturellement radioactif qui est délibérément ajouté à ces baguettes pour améliorer leur émission électrique. D'autre substances peuvent être utilisées aujourd'hui, qui sont sensiblement moins radioactives, ou pas radioactives du tout comme le lanthane, le cérium ou le zirconium. Les baguettes au thorium continuent néanmoins d'être distribuées, même en France.

Avec un compteur geiger, au contact, la radioactivité de ces électrodes est évidente. Ma boite de 10 baguettes d'une longueur de 15cm et d'un diamètre de 1.6mm fait grimper l'affichage du compteur à 420 CPM quand le bruit de fond moyen est de 26 CPM. L'analyse par spectrométrie gamma montre clairement la présence de thorium avec ses raies caractéristiques : Pb212 (239 keV), Ac228 (338,911,969, 1588 et 1631 keV), Tl208 (511, 583 et 2614 keV) :

Spectre gamma thorium

En ce qui concerne l'exposition externe, ces baguettes ne posent pas vraiment de problème. Leur dangerosité potentielle vient surtout de l'inhalation de particules de thorium lors de leur fabrication, de leur affûtage, et lors des opérations de soudure. La pollution des lieux de meulage peut également poser problème. A lire sur le sujet, et sur les précautions à prendre, la brochure de la CRAM sur les risques professionnels liés aux électrodes au tungstène thorié.

Revue du compteur geiger Ecotest Terra-P

Le compteur geiger Terra-P est un radiamètre / dosimètre d'ambiance produit par Ecotest, une société ukrainienne spécialisée dans la conception d'appareils de détection et de mesure de la radioactivité. Créée il y a plus de 20 ans, la société Ecotest emploie 200 personnes, est certifiée ISO 9001 et produit du matériel tout aussi bien pour le grand public que pour les professionnels, les militaires et les agences gouvernementales. Curieux d'en savoir plus sur leurs produits, j'ai contacté la société qui m'a proposé de tester le modèle Terra-P. Merci à Yaroslav Votus, directeur du marketing chez Ecotest, pour avoir permis cette revue ;)

Compteur geiger Ecotest Terra-P.jpg

Le Terra-P appartient à la gamme grand public de la marque. Il est destiné à détecter une radioactivité anormale et à fournir une indication du débit de dose ambiant et de la dose accumulée. Il utilise comme détecteur un tube Geiger-Muller SBM-20, entouré d'un fine feuille de plomb pour bloquer les rayon beta et améliorer sa réponse en énergie. Ce manchon en plomb est bien visible sur la photo :

Tube Geiger-Müller compensé en énéregie

Extérieurement, le compteur Terra-P ressemble à un gros téléphone. Sa construction est robuste. Il n'est pas étanche à la poussière et à l'eau (IP20), mais une housse est fournie pour plus de protection et un port à la ceinture. Il est de toute façon recommandé dans un environnement à risque de le protéger avec un sachet plastique de type Ziploc. L'alimentation est assurée par deux piles AAA, données pour assurer 6000 heures d'autonomie.

Les commandes sont très simples, puisque le compteur ne possède que deux boutons : "Threshold" et "Mode". Le bouton "mode" sert à allumer et éteindre l'appareil et à passer d'un affichage à un autre, dans l'ordre : débit de dose (en µSv/h), dose accumulée (en mSv) depuis le dernier allumage, heure et réveil. Le bouton "threshold" sert lui aux différents réglages.

En mode débit de dose, l'appareil affiche le nombre moyen de microsieverts par heure. Après l'allumage, un temps d'attente variable de 1 à 2 minutes est nécessaire pour que le débit de dose affiché soit fiable. L'appareil signale ce manque de fiabilité pour un clignotement de l'affichage, ce qui est une très bonne chose. Une fois les données fiables, l'affichage devient fixe. Lors d'une hausse ou d'une baisse soudaine et importante de la radioactivité l'affichage clignotera également pour signaler qu'il s'agit de mesures transitoires, peu fiables.

Chaque détection est accompagnée d'un bip permettant d'estimer à l'oreille la radioactivité. Ce signal sonore peut être désactivé. Afin d'économiser les piles, l'affichage et les bips de détection sont automatiquement désactivés au bout de 5 minutes. Le fait de presser un bouton réactive aussitôt l'affichage et les bips.

Un seuil d'alarme personnalisé peut être programmé, ou désactivé. Il est réglé par défaut sur 0.3µSv/h et reviens à cette valeur à chaque extinction de l'appareil.

En mode dose accumulée, l'appareil affiche le nombre total de millisieverts reçus depuis le dernier allumage. Ce mode est adapté pour les mesurs longues, un millisievert représentant 1000 microsieverts.

Le Terra-P donne-t-il des mesures précises ? Mes tests laissent à penser que les chiffres remontées sont raisonnablement précis, si l'on veut bien considérer qu'il s'agit d'un appareil grand public, qui plus est calibré pour la mesure d'ambiance (doses H*10) et non pour la dosimétrie personnelle (doses Hp(10)). Pour une mesure du bruit de fond sur une durée de 6 jours, le Terra-P m'a affichée une dose supérieure de 53% à celle de mon dosimètre professionnel DMC-90 (0.180µSv/h en moyenne contre 0.118µSv/h pour le DMC-90). Cette différence peut sembler énorme, mais elle est en réalité tout à fait normale si on considère que les deux appareils ne sont pas étalonnés pour les mêmes référentiels. Une note de l'IRSN explique d'ailleurs très bien ce phénomène. Un deuxième test simulant un environnement contaminé à l'Uranium à l'aide d'objets en ouraline placés autour des deux appareils, a donné une surestimation moindre, de 39.4% cette fois. Les chiffres affichés par le Terra-P me semblent donc plutôt corrects, si l'on garde bien à l'esprit que les doses affichées seront surestimées de 40% à 55% en moyenne par rapport à un dosimètre opérationnel, qui lui affichera bien mieux la "vraie" dose.

Au final le Terra-P me semble une option valable pour quelqu'un cherchant à s'équiper d'un appareil capable de lui fournir une indication du niveau de radioactivité à un prix abordable, à condition que celle-ci prenne toutefois bien en compte la surestimation typique de l'appareil.

Pour le hobbyiste amateur d'expérimentations radioactives, ce n'est pas l'appareil que je recommanderais comme détecteur principal, car son bouclier anti-beta s'il lui fait gagner en précision lui fait aussi perdre en sensibilité. Le GMC-300 est dans ce cas un meilleur choix. Par contre le Terra-P est un bon complément quand il s'agit d'estimer des doses et non plus de compter des CPM.

Le Terra-P peut être acheté au prix de 191€ port inclus directement auprès de la boutique Ecotest. On le trouve également chez divers distributeurs français et européens.

Assiette radioactive

Extérieurement, rien ne distingue cette assiette à dessert d'une autre, si ce n'est son style un peu désuet. Et pourtant, il s'agit d'une source radioactive : au contact, mon compteur geiger affiche une activité moyenne d'environ 500 CPM, quand le bruit de fond est de 26 CPM.

Assiette en verre contenant du Thorium

Cette assiette n'incorpore pas d'uranium, comme c'est le cas des objets en ouraline. D'ailleurs elle ne manifeste aucune fluorescence quand elle est illuminée avec des rayons UV comme c'est le cas avec l'ouraline. Quel radioélement peut-elle donc contenir ? Pour cela il faut regarder les rayons gamma émis par celle-ci :

Spectre gamma Thorium

L'examen par spectrométrie des gammes d'énergies émises par l'assiette sont caractéristiques du Thorium, un minéral naturellement radioactif : Plomb 212 à 239 keV, Actinium 228 à 338, 911 et 969 keV et Thallium 208 à 511, 583 et 1593 keV.

J'ignore les raisons de la présence de Thorium dans l'assiette car je n'ai pas trouvé de sources indiquant que cet élément ait été employé comme colorant. Par contre le Thorium a été autrefois incorporé dans du verre afin d'améliorer ses propriété optiques (diminution des aberrations). Certains objectifs photographiques sont d'ailleurs bien connus pour être radioactifs. Pour quelle raison ce Thorium s'est-il retrouvé dans l'assiette ? Mystère.

Trinitite : un morceau d'histoire atomique

Cela faisait longtemps que je souhaitais acquérir un échantillon de cette roche, elle est désormais mienne :) La trinitite n'a rien de naturel, puisqu'il s'agit de la couche de sable vitrifié qui s'est formée le 16 juillet 1945 lors de l'explosion de la toute première bombe nucléaire à Alamogordo au Nouveau-Mexique (essai Trinity). Techniquement, la trinitite est donc un déchet nucléaire. Cela dit, 70 ans après, son activité est très faible, bien moindre que celle de bien des minéraux naturellement radioactifs.

Trinitite

Mon échantillon pèse un gramme et mesure 17mm * 9mm environ. Placé au contact de mon compteur geiger, le nombre moyen de CPM est de 40 CPM environ, quand le bruit de fond est de 26 CPM, ce qui est bien peu.

Test trinitite avec compteur geiger.jpg

L'analyse par spectrométrie gamma d'une durée de 9900 secondes montre très clairement trois pics d'énergie typique correspondant au Césium 137 (662 keV) à l'Europium 154 (592 keV) et à l'Europium 152 (444 keV) :

Spectrométrie gamma trinitite

Ces pics prouvent que l'on est bien en présence d'une vraie trinitite et non pas d'un faux fabriqué à partir de sable et de roches thorifères ou uranifères. D'autres pics d'énergie semblent également être visibles mais plus incertains : Baryum 133 (276 keV) et Europium 152 (779 keV). Certains radioéléments typiques de la trinite sont invisibles avec mon équipement comme l'Americium 241 et le Cobalt 60 mais la littérature laisse penser qu'ils sont bien présents (PDF).

Mise à jour du 16 juin 2018 : Alain Vivier du CEA m'a fait la gentillesse d'analyser mon échantillon avec un équipement bien plus performant que le mien, un détecteur au germanium super pur (HPGe). Le spectre obtenu, d'une sensibilité et d'une résolution bien supérieures à celles de mon équipement amateur montre bien les pics correspondant au Baryum 133, à l'Europium 152 et 154, et à l'Americium 241 (cliquer sur l'image pour l'agrandir).

trinitite-hpge.png

D'où viennent ces radioéléments alors que la bombe utilisait du plutonium ? Les isotopes radioactifs de l'Europium viennent de l'activation neutronique de l'Europium naturellement présent dans le sol. Le Cesium 137 est un produit de fission de la bombe. Le cobalt 60 lui vient principalement de l'irradiation des structures en acier, qui contenaient du cobalt stable. Le baryum 133 est un produit d'activation.

14 sites pour connaître la radioactivité en temps réel

Envie de connaitre le niveau de radioactivité ambiant de votre région en quasi temps réel ? Désireux de pouvoir suivre l'évolution d'un incident nucléaire ? De nombreux pays disposent sur leur territoire d'un réseau de balises automatiques mesurant en permanence la radioactivité ambiante (ou débit de dose ambiant).

Illustrations carte débits de dose Europe

Ces données sont le plus souvent publiquement accessibles. Aussi, voici une sélection de services en ligne permettant d'accéder à ces données pour un bon nombre de pays. Attention aux unités, car tous les services n'utilisent pas forcément les mêmes. Pour rappel : 1 mSv (millisievert) = 1000 µSv (microsievert) = 1000000 nSv (nanosievert).

France : Réseau Teleray de l'IRSN pour obtenir le débit de dose ambiant en temps réel. Le site RNM permet quant à lui d'obtenir l'historique du débit de dose ambiant ainsi que les résultats de mesures sur d'autres matrices environnementales (air, eau sédiments...). Voir aussi les balises CRIIRAD pour la vallée du Rhône.

Belgique : Réseau Telerad. Relevés toutes les heures (données en µSv/h).

Suisse : Office fédéral de la protection de la population. Relevés quotidiens (données en nSv/h).

Allemagne : Radioaktivitätsmessnetz des Bundesamtes für Strahlenschutz. Relevés toutes les heures (données en µSv/h).

Autriche : Strahlenfrühwarnsystem Österreich. Relevés toutes les heures (données en nSv/h).

Finlande : Réseau Säteilyturvakeskus. Relevés toutes les heures (données en µSv/h).

Europe entière : European Radiological Data Exchange Platform. Agrégation des réseaux de surveillance européens et russes (données en nSv/h).

Biélorussie : Centre de contrôle des radiations et de surveillance de l'environnement. Relevés quotidiens (données en µSv/h).

Ukraine : Compagnie nationale de production d'énergie nucléaire Energoatom. Fréquence des relevés inconnue (données en mSv/h). Voir aussi la carte pour la région de Chernobyl.

Russie : Réseau Russian Atom. Relevés quotidiens (données en µR/h - à vérifier).

Islande : Geislavarnir ríkisins. Relevés temps réel (données en nSv/h).

Etats-Unis : Réseau radnet. Relevés toutes les heures (données en CPM brut, rayons gamma uniquement).

Japon : New.atmc.jp. Relevés toutes les 10 minutes (données en µSv/h).

Taiwan : Atomic Energy Council. Relevés temps réel (données en μSv/h).

N'hésitez pas à faire part de systèmes de surveillance que je n'aurais pas mentionné en commentaire !

Spectre gamma iode 131

Notre chatte ayant récemment été traitée à l'iode radioactif pour cause d’hyperthyroïdie, j'en ai profité pour faire une spectrométrie de l'animal :) L'activité étant très forte (elle saturait le détecteur) je n'ai mis que 104 secondes pour obtenir ce spectre. Le pic d’énergie à 364.48 keV, caractéristique de l'iode 131, est clairement visible.

iode-131.png

Chat traité à l'iode 131 : dangereux ou pas ?

L'iode 131 est un isotope radioactif de l'iode utilisé pour traiter l’hyperthyroïdie chez les humains comme chez les animaux. L'iode 131 en se concentrant dans la thyroïde détruit les nodules responsables des dérèglements hormonaux. L'iode 131 disparaît ensuite naturellement du fait de la décroissance radioactive et de l'élimination par les voies naturelles.

Chat radioactif traité à l'iode 131

Faut-il s'inquiéter des radiations émises par un chat récemment traité à l'iode 131 ? La notice d'information fournie par la clinique vétérinaire peut être quelque peu anxiogène : il y est conseillé pendant deux semaines de limiter fortement les contacts directs avec l'animal, de se laver les mains après tout contact avec l'animal ou avec sa litière, et de s'abstenir de tout contact pour les femmes enceintes et les jeunes enfants. Il est également recommandé de garder à l'écart la litière pendant 3 mois le temps que toute l'iode 131 se désintègre.

Il est vrai que la quantité de rayonnements émis par un animal traité est impressionnante, comme le montre cette vidéo de notre chatte Coquine réalisée 5 jours après son traitement, et quelques heures après que nous l'ayons récupérée. Le compteur geiger détecte près de 17000 désintégrations par minute au contact (et non pas 10000 comme mentionné dans la vidéo) :

Le compteur geiger est cependant un mauvais indicateur de la dangerosité des rayonnements radioactifs. Le dosimètre opérationnel est un bien meilleur appareil pour cette tâche. J'ai donc équipé ma femme d'un dosimètre porté à la ceinture pendant 24h. Le dosimètre était posé sur la table de chevet la nuit, à 50 cm environ de l'oreiller. Ma femme étant en RTT la journée du test, celle-ci est restée tout la journée dans notre maison en compagnie de Coquine. La nuit, la porte de la chambre était fermée pour empêcher la venue de notre chatte. Les contacts proches, bien que limités se sont répétés de multiples fois durant le test. A la fin de ces 24h, le dosimètre affichait une dose estimée corps entier (Hp10) de 0.015 mSv.

A première vue cela peut paraître beaucoup puisque la limite légale pour le grand public est de 1mSv par an soit 0.00274 mSv par jour. La dose reçue en 24h serait donc de 5.5 fois environ la dose maximum quotidienne légale. Mais il faut tenir compte du fait que notre chat ne restera pas radioactif pendant un an (la demi-vie de l'iode 131 est de 8 jours), et que la limite légale est bien en dessous du seuil pour lequel on peut commencer à observer des effet avérés sur la santé, qui est de 100mSv. De plus les doses affichées par les dosimètre opérationnels sont volontairement surestimées pour des raisons de sécurité. Enfin le corps n'a pas été exposé de façon homogène ce qui participe à surévaluer la mesure.

Une autre façon de relativiser cette dose de 0.015 mSv est de la comparer à d'autres doses typiques. Une radiographie dentaire occasionne une dose de 0.006 mSv, et un vol aller-retour Paris New-York une dose de 0.06 mSv. Ce qui veut dire que la dose de 0.015 mSv représente 2.5 radios dentaires et le quart seulement de la dose reçue lors d'un voyage en avion de Paris à New York. Ce qui n'est pas si énorme. D'autant plus que les jours suivants les dose reçues seront bien plus faibles.

Conclusion : suivez les instructions du vétérinaire et ne vous faites pas de soucis :)

Incendies autour de Tchernobyl : faut-il s'inquiéter ?

Un article de l'Express évoquant les incendies de forêt autour de Tchernobyl et relayé sur Facebook dans les groupes survivalistes a récemment retenu mon attention. L'article évoque pour la France un "triplement de la radioactivité". En réalité, il s'agit plus probablement d'un triplement de l'activité constatée pour le seul Césium 137, et non d'un triplement de la radioactivité ambiante totale. Le même phénomène avait d'ailleurs été constaté lors d'incendies précédents.

Cette hausse de la teneur en Cesium 137 dans l'air est-elle dangereuse ? Pour le savoir il faut essayer de convertir cette activité (un nombre de desintégrations par unité de volume) en sieverts (l'unité servant à estimer la dangerosité biologique).

L'article parle d'une activité de "1.5 microbecquerels par mètre cube" (contre 0.5 en temps normal), soit en notation scientifique 1.5e-6 Bq/m³. Pour le Césium 137, d'après l'ouvrage de référence "Radionucléides et Radioprotection", le débit de dose efficace par immersion, qui inclue à la fois les doses reçues par inhalation, par ingestion et par irradiation externe est de 1.1e-6 µSv/h par Bq/m³. La dose efficace reçue en une journée avec une activité de 1.5µBq/m³ serait donc de 24*(1.5e-6*1.1e-6) = 3.96e-11 µSv.

A titre de comparaison la radioactivité naturelle moyenne en France représente une dose d'environ 2mSv par an, c'est-à-dire 5.48 µSv par jour. Soit 138.4 milliards de fois plus que la dose susceptible d'être apportée par les incendies de Tchernobyl. Voila de quoi relativiser et ne pas s'inquiéter pour rien :)

Survivre à un accident nucléaire ou radiologique

C'est un fait, le risque nucléaire et radiologique soulève beaucoup d'inquiétudes. Trouver de l'information pertinente sur les attitudes à adopter n'est pas si facile. Du coté des autorités, les conseils donnés peuvent parfois laisser sur leur faim les personnes souhaitant se préparer, et du côté des survivalistes, il faut bien reconnaître qu'on entend parfois tout et n'importe quoi. Partant de ce constat j'ai décidé de demander directement à des professionnels de la radioprotection sur le Forum technique de RadioProtection Cirkus leur avis sur la meilleure façon de se protéger face à divers risques radiologiques.

Voici une synthèse des réponses obtenues. Un grand merci à tous les intervenants du RPcirkus pour avoir pris le temps de répondre à mes questions :) Si jamais vous souhaitez en apprendre d'avantage sur la radioactivité et les instruments de mesure n'hésitez pas à vous inscrire sur leur forum, qui est une mine d'information !

J'arrive sur les lieux d'un accident de la route, et un paquet arborant le symbole radioactif gît au sol. Ou bien je découvre un tel paquet par hasard dans d'autres circonstances. Quelle conduite adopter ?

"J'appelle les pompiers ou la gendarmerie comme pour un accident "normal", je préviens qu'il y a ce type de paquet sur la route (...) et s'il faut sauver le bonhomme, j'aurai tendance a y aller aussi, les emballages sont sensés résister a un accident".

"Informer les services de secours (112) en leur précisant le caractère "radioactif" du colis et préciser si celui-ci, de visu, est intègre. Si connaissance du numéro d'urgence radiologique, composition de celui-ci (0 800 804 135)".

"Je rajouterais qu'après avoir secouru les éventuels victimes, appelé les secours et leur avoir signalé le colis, j'éviterais de rester juste à coté du colis en m'éloignant de plusieurs mètres."

Un incendie se déclare dans un centre de radiologie à proximité de mon domicile ou de mon lieu de travail. Dois-je craindre une contamination radioactive ?

"S'il s'agit bien d'un service de radiologie, aucune contamination radioactive n'est possible puisqu'un tel service ne peut détenir (et donc encore moins manipuler) de radionucléide : on ne trouve que des générateurs électriques émetteurs de rayonnements X. Par contre, s'il s'agit d'un service de médecine nucléaire ou d'un centre de radiothérapie pratiquant de la curie thérapie, là, en cas d'incendie, il peut effectivement avoir dissémination de radionucléides via les fumées et gaz de combustion..."

"Si c'est un centre de radiologie aucun risque. comme dis par les autres, ce sont des accélérateurs d'électron avec un bouton ON/OFF."

Une "bombe sale" explose à proximité. Je ne suis pas blessé, mais pourrait avoir été contaminé. Quelle conduite adopter pour me décontaminer le mieux possible ?

"Prendre une douche, et suivre les consignes des services de secours. Mais comment faire pour savoir que c'est une bombe sale ?"

"Etre pris en charge par les services de secours compétents, autrement dit rester sur place..."

"Appeler les secours, me signaler auprès d'eux en restant sur place et attendre leurs consignes."

"Prendre une douche pour ce qui est corporel, boire de l'eau pour l'interne. "

"Pour la douche: il faut la prendre tiède. Pas froide pour ne pas fermer les pores et pas chaude pour ne pas les ouvrir. Se savonner doucement. La peau sans lésion offre une protection naturelle très efficace contre la contamination. Si on crée une lésion en récurant la peau, la contamination pourra rentrer".

Un accident majeur a lieu dans une installation nucléaire à proximité. Faut-il favoriser l'éloignement le plus rapide possible, ou le confinement ?

"Confinement et écoute des services compétents qui ne manqueront pas d'avertir les populations. L'évacuation risque plus d'engorger les routes, bloquant l'arrivée des services de secours, et créer une situation a la Walking Dead : tout le monde panique, y a des accidents, et le bordel engendré est pire que l'accident en lui-même... Donc il faut écouter la radio/la télé, ne pas engorger les réseaux mobiles, et rester calme".

Un certain nombre de personnes soucieuses de se préparer à un accident nucléaire acquièrent par leurs propres moyens des pastilles d'iodure de potassium. Quels sont les dangers d'une automédication en la matière ? Les bénéfices restent-ils selon vous supérieurs aux risques ?

"Alors la pastille d'iode qu'on soit bien d'accord protège uniquement d'un accident avec rejet d'iode massif (Tchernobyl , Fukushima) et durant un temps limité. Sur les effets, c'est simple : tu satures ta thyroïde. Donc si tu le fait trop souvent, en trop grande quantité vu que l'iode est un antiseptique tu vas dans un premier temps détruire toute ta flore de ton corps avec tous les effets indésirables (diarrhée, nausée, sensibilité accru aux blessures), dans un second temps si tu continue encore à en prendre une tous les matins au petit déjeuné problèmes urinaires, allergies, des résistances du corps humains aux traitements médicaux, puis blocages des reins donc mort. Conclusion, il y a beaucoup plus de risque à se faire son automédication en prenant sa gélule à chaque fois que l'on entend nucléaire qu’éventuellement un jour funeste la prendre 1 heures plus tard sous conseil des autorités, car si tu es bien resté confiné chez toi, comme dit précédemment tu n'aura couru quasiment aucun risque."

"Même en cas d'accident nucléaire il faut écouter une radio nationale pour connaitre le moment où ingérer l'iode. Si l'on en prend avant, lorsque le nuage arrive au-dessus de nous il est possible que notre thyroïde ne soit plus saturée. Mais dans la grande majorité des cas, si il y a un accident nucléaire il n'y aura pas de rejet dans l'atmosphère. "

Quels matériels de protection et de détection conseilleriez-vous aux personnes souhaitant se préparer sérieusement à un accident nucléaire / radiologique ? Masques à gaz et combinaisons étanches constituent-ils de bonnes protections ?

"Une séance chez le psy. Parce que dans ce cas il doivent aussi se soucier des chutes d'avion, des accidents de voitures, des piqures de requins et morsures d'abeille, chute de noix de coco, etc... Plus sérieusement, hormis dans une zone sérieusement touchée, un masque papier sera largement suffisant. "

"La première chose si on parle bien d'un incident type Tchernobyl , Fukushima, c'est le confinement dans des bâtiments fermés, le temps que le panache passe. Car le premier danger dans ce cas là, c'est l'irradiation. Rester donc écouter les consignes des autorités. Ensuite pour la contamination, les masques et combinaison sont bien dans un premier temps mais ils sont difficiles à porter plusieurs heures, se pose la question du déshabillage, si tu ne le fait pas correctement ba ça n'aura servit à rien de les mettre... Si en plus tu rajoutes qu'une cartouche filtrante n'a une durée de vie que de 5 ans si elle est bien resté fermée dur dur..."

Je pense avoir été contaminé (en interne) par des radio-éléments. Au delà des traitements médicaux, existe-t-il des pratiques pouvant être mises en oeuvre par tout un chacun pour éliminer au moins en partie ces radio-éléments par les voies naturelles ?

"Boire de l'eau. Le corps est une chouette machine et va se charger tout seul d'éliminer en partie la contamination. Et l'interprétation personnelle d'un hypocondriaque n'est pas bonne conseillère. Contacter l'ASN ou l'IRSN sera la meilleure chose à faire dans ce cas."

"Les radionucléides (RN) incorporés sont éliminés si la période effective le permet, par voies naturelles (urine - sueur / selles). On peut limiter l'incorporation du RN par lavage des fosses nasales, bain de bouche voir laxatif (si ingestion), accélérer son élimination dans certain cas comme en augmentant la diurèse pour les RN qui se fixent dans le corps entier tel le 3H, ou empêcher la fixation du RN sur son organe cible en utilisant des chélateurs, mais là on est dans le domaine de l'acte médical.... Tout va dépendre de la nature du RN ainsi que du mode d'incorporation. Si vous avez un radionucléide qui a une période biologique et une période radiologique longues (et donc une période effective longue) tel le Plutonium, et que celui-ci s'est fixé sur son organe cible (principalement les os), vous aurez beaucoup de mal à l'évacuer..."

"En plus de ce qu'on dit les gens (...) la sudation ! Boire de l'eau c'est bien, suer en buvant de l'eau c'est encore mieux !"

L'imaginaire collectif décrit souvent les accidents nucléaires majeurs comme étant de nature apocalyptique. Pourtant des gens vivent à Hiroshima et Nagasaki, et toute vie n'a pas disparu à Tchernobyl ou à Fukushima. Ces zones ne sont donc pas définitivement condamnées. A-t-on une idée de la durée de vie d'une zone d'exclusion mise en place suite à un accident nucléaire ?

"Les zones ne sont pas condamnées. Certes, il y a un sérieux problème de contamination. Néanmoins, la nature reprend toujours ses droits et ce n'est pas parce que l'homme ne peut plus y habiter que c'est un problème pour d'autres espèces. Pour Tchernobyl, la zone d'exclusion va le rester encore un sacré moment. Parce qu'il y a toujours des traces de contamination et ce sera le cas un bon moment encore. Apres, des gens y vivent, c'est vrai. Essayez d'aller expliquer a une personne de 70 ans que dans 20 ans elle aura un cancer. Les pseudo-reportages interviewant ces personnes (souvent les mêmes d'ailleurs) ne prennent pas ce fait la en compte et se contentent de dire que malgré les risques les gens restent dans la zone. Cela concerne une poignée d'individus, trop vieux pour avoir des enfants, trop vieux pour être inquiet des effets stochastiques, trop vieux pour qu'on leur demande de quitter l'endroit ou ils ont vécu toute leur vie. Apres, concernant Tchernobyl, la question intéressante serait de savoir pourquoi il n'y a pas cette zone d'exclusion en Bielorussie. Un autre fait sympa a savoir : autours de Tchernobyl, il n'y a plus d'activités humaines. Donc les bestioles s'en donnent a coeur joie pour se reproduire et vivre en paix. Je n'y ai pas rencontre de cheval a 5 pattes, de sanglier disproportionné ou de loup faisant copain-copain avec un lapin."

"Au pif je dirai 300 ans, 10 fois la période du 137Cs."

Revue : compteur geiger GQ GMC-300

Pour qui cherche à s'équiper d'un détecteur de radioactivité, le compteur geiger GMC-300 produit par GQ Electronics est un compteur geiger amateur d'un très bon rapport qualité/fonctionnalités/prix. Cela fait quelque année maintenant que je le possède, et je ne le regrette pas, même s'il ne s'agit pas du compteur ultime.

Le tube geiger-müller qu'il contient est un M4011 de fabrication chinoise, donné pour être d'une sensibilité équivalente à celle du SBM-20 russe qui équipe la majorité des compteurs grand public. Ce tube est capable de détecter les rayonnements beta et gamma/X.

Il est livré en standard avec un câble USB d'environ 1m pour recharger sa batterie et communiquer avec un ordinateur, un chargeur USB secteur (prise US), un chargeur voiture, et un CD (non visible sur la photo) :

compteur geiger GQ GMC-300

En plus du haut-parleur piézo-électrique qui donne une indication audible des radiations, l'appareil est doté d'un écran LCD matriciel proposant plusieurs modes d'affichage. Un affichage graphique, montrant l'évolution dans le temps du nombre de détections et le nombre de coups par minutes, de rems ou de sieverts :

Affichage graphique compteur geiger GMC-300

Ainsi qu'un affichage textuel montrant le nombre moyen de coups par minutes, le nombre moyen de rems ou sieverts, et le nombre total de coups depuis l'allumage (ce qui est très pratique pour les faibles activité et autorises des mesures longues même sans ordinateur connecté) :

Affichage textuel compteur geiger GMC-300

Attention quand même au nombre de sieverts ou de rems affiché par l'appareil : comme tous les compteurs geiger non compensés, ceux-ci ne sont corrects que face à un isotope donné, dans certaines conditions de géométrie de la mesure, et ne prenant en compte que les rayons gamma. Ce qui veut dit que la valeur affichée est fausse dans la plupart des cas. C'est pourquoi je conseille comme sur n'importe quel autre compteur geiger non compensé de n'afficher que des CPM (coups par minute) ou CPS (coups par seconde).

Le rétro-éclairage de l'écran peut être activé et désactivé à loisir, de même que la détection automatique de l'orientation de l'appareil.

Il est possible de programmer une alarme, qui se déclenchera en cas de dépassement d'une valeur de CPM ou de sieverts que vous aurez spécifié.

L'appareil est doté d'une mémoire non volatile qui permet d'enregistrer jusqu'à 7 jours de mesures. N'utilisant pas cette fonction je m'abstiendrai de la commenter. Par contre j'utilise régulièrement l'appareil connecté à mon ordinateur afin de tester mes échantillons radioactifs. Le logiciel GMC Data Viewer fourni gratuitement par GQ Electronics est spartiate mais fonctionnel. En faisant des mesures longues de plusieurs minutes et en exportant des fichier CSV, il est alors possible de mettre en évidence des niveaux de radioactivité très faibles, comme la radioactivité émise par du sel de régime (chlorure de potassium). La connexion à un ordinateur permet également de faire de la surveillance continue de la radioactivité. Certaines personnes partagent d'ailleurs sur le web leurs données.

L'appareil est compact, de la taille d'un walkman, et tient parfaitement dans une boite Pelican 1020 (à acheter séparément), ce qui permet de faire des mesures dans des milieux exposés à l'humidité :

Compeur geiger GMC 300 dans Pelicase 1020

Notez quand même que la boite en polycarbonate épais bloquera une grosse partie des rayons beta. Pour les rayons gamma, pas de problème.

Au niveau des reproches qu'on pourrait faire au GMC-300 je mentionnerai quand même le fait que lorsque l'appareil est exposé à une forte dose de rayons (plusieurs centaines ou milliers de CPM), le compteur semble ne pas vouloir revenir en dessous de 100 CPM alors même que la source radioactive a été enlevée et que le bruit de fond est normalement de 20 à 35 CPM. J'ignore si ce problème est électronique ou logiciel, mais la solution est simple : il suffit d'éteindre et rallumer le compteur pour revenir à la normale. Ce défaut n'est donc pas rédhibitoire.

Au final, dans cette gamme de prix (moins de 150 euros), il s'agit du meilleur compteur que je connaisse, et je le recommande. Les Radex, plus connus, sont plus chers tout en offrant moins de fonctionnalités. En plus ils n'affichent que des sieverts ce qui est trompeur.

Le GQ GMC 320 (le successeur du 300) peut être commandé chez Amazon pour 126 euros port inclus.

Radioactivité : les types de rayonnement

Puisque je parle régulièrement de radioactivité sur ce blog, il me semble pertinent de faire un point sur les différents types de rayonnements ionisants, leurs dangers et la façon de s'en prémunir. On distingue classiquement 3 grand type de rayonnements : alpha, beta et gamma/X. Il en existe d'autres comme les neutrons mais ils sont rarement rencontrés à l'extérieur des réacteurs et installations scientifiques.

Radioactive man

Rayons Alpha (α)

Les particules alpha sont un assemblage de 2 protons et 2 neutrons. Il s'agit en fait de noyaux d’Hélium. Leur énergie cinétique varie de 4 à 8 MeV (megaélectron-volt), ce qui est considérable. Du fait de leur masse et de leur charge électrique positive, les particules alpha sont très peu pénétrantes : une feuille de papier de 0.08mm d'épaisseur suffit à les arrêter, et leur libre parcours dans l'air varie de 2.5cm à 7cm en fonction des énergies. La couche de cellules mortes à la surface de notre peau bloque également les particules alpha, ce qui explique pourquoi elles sont inoffensives en exposition externe. Néanmoins quand elles sont émises à l'intérieur du corps, les particules alpha s'avèrent très dangereuses car elle dissipent leur énergie en ligne droite sur une très courte distance, ce qui détruit les cellules irradiées. Le facteur de pondération des rayonnements alpha est de 20, contre 1 pour les rayonnement beta et gamma. Cela signifie qu'à énergie égale, pour de faibles doses, les rayons alpha sont 20 fois plus nocifs que les rayons beta ou gamma. L'émetteur alpha auquel nous sommes le plus exposés est le radon, un gaz naturel radioactif qui représente en France 34% de notre exposition totale à la radioactivité. Le radon serait responsable de 6 à 15% des nouveaux cas de cancer du poumon.

Rayons Beta (β)

Les particules beta sont des électrons de charge positive ou négative dont l'énergie varie de 10 KeV à 4 MeV. Mais leur énergie moyenne est le plus souvent inférieure à 1MeV. Les rayonnements beta sont davantage pénétrants que les alpha. Leur libre parcours dans l'air varie entre 0 et 3m en fonction des énergies. Une épaisseur de 3mm d'aluminium ou de 1cm de plexiglas suffit à arrêter l'essentiel des particules beta. En ce qui concerne les êtres vivants, les beta de forte énergie peuvent pénétrer 5 à 6mm de tissus mous. A la différence des alpha ils ont tendance à ricocher dans la matière et à dissiper leur énergie plus progressivement ce qui les rend relativement moins dangereux que les alpha. En exposition externe, les dégâts de rayons beta concernent donc essentiellement la peau. Un émetteur de rayons beta rencontré en cas d'explosion ou d'accident industriel nucléaire est le Cesium 137 (il émet aussi des gamma).

Rayons Gamma (γ) et X

Les rayons gamma et les rayons X sont en fait la même chose, à savoir des photons. Seule leur origine diffère. Leurs énergies varient grandement, et peuvent monter jusqu'à plusieurs centaines de GeV, mais dans la pratique on s'intéresse rarement aux gamma au delà de 4MeV. Les rayons gamma sont extrêmement pénétrants et ne peuvent être stoppés à 100% comme les alpha ou les beta. On ne peut que les atténuer. Ainsi, pour diviser par 2 l'intensité d'un rayonnement gamma de 600KeV comme celui produit par du Césium 137, une épaisseur de 4.9mm de plomb ou de 3.66cm de béton est nécessaire. Cela est dû à la façon dont les rayons gamma interagissent avec la matière : à la différence des alpha et beta qui dissipent leur énergie progressivement, les particules gamma soit interagissent et dissipent à 100% leur énergie, soit n'interagissent pas du tout. Une particule gamma prise isolément peut donc traverser un corps sans l'ioniser le moins du monde ! De ce fait les rayons gamma sont relativement moins ionisants que les autres types de radiations.

Envie d'en apprendre davantage ? Je vous suggère la lecture du livre "La radioactivité sous surveillance et autres notions en radioprotection" par Marc Ammerich. L'ouvrage est très bien fait et accessible à tous.

Pour mesurer des doses, optez pour un dosimètre !

Quand on s'intéresse à la radioactivité, les notions de dose et de débit de dose apparaissent rapidement, puisque ce sont ces grandeurs, exprimées en sieverts, qui servent à caractériser la dangerosité ou non d'une exposition aux rayonnements. Par exemple, la dose reçue lors d'un aller-retour Paris New-York (du fait des radiations plus importantes en altitude) est de 0.06 mSv. Et le débit de dose moyen en France dû à la radioactivité naturelle varie de 0.04 à 0.15 µSv/h selon les régions.

Le problème est que les doses ne peuvent pas se mesurer. On ne peut que les estimer. Les compteurs geiger standards, même s'il affichent des sieverts, sont très mauvais pour estimer les doses, car ils ne tiennent compte ni des énergies, ni de la nature des rayonnements. Du coup les doses affichées sont le plus souvent fantaisistes (c'est pour ça que je préfère un affichage en CPM sur un compteur geiger).

Quel appareil utiliser alors si on souhaite mesurer des doses et des débits de doses et s'assurer qu'un environnement ou un objet n'est pas dangereux ? La réponse est simple : un dosimètre. Le mien, acquis d'occasion, est un DMC 90 produit par la société Merlin Gerin. Les valeurs qu'il retourne sont des valeurs Hp10, c'est à dire des équivalents de dose estimés pour le corps entier. Comme la plupart des dosimètres, seuls les rayons gamma et X sont pris en compte (à partir de 50 KeV).

Dosimètre gamma DMC 90 Merlin Gerin

Le DMC 90 utilise comme détecteur non pas un tube geiger-müller, mais une diode au Silicium. Sa réponse en énergie suit la courbe théorique ICRU 39 à mieux que ±20% de 60keV à 3Mev. En clair, cela indique que le nombre de millisieverts affiché sera correct à ±20% peut importe les énergies et donc les radioéléments considérés (Césium 137, Uranium, Thorium, Radium etc). Un compteur geiger lui est calibré pour un seul radioélément, typiquement le Cesium 137, ce qui fait qu'en présence d'un autre radioélément les résultats seront erronés.

L'utilisation du DMC 90 est très simple puisqu'il ne possède qu'un seul bouton, qui ne sert en utilisation courante qu'à passer de l'affichage de la dose accumulée (en mSV) à l'affichage du débit de dose (en mSv/h). La remise à zéro de la dose accumulée se fait en passant un aimant sur le coté de l'appareil. Etant donné que je ne vis pas dans un environnement contaminé, le débit de dose affiche toujours 0, même au contact de mes échantillons radioactifs, ce qui veut dire que le débit de dose est inférieur au plus petit débit affichable par l'appareil, qui est de 0.001 mSv/h.

Par contre en faisant une mesure de la dose sur une longue durée, par exemple 24h ou 48h, il est possible de mesurer des débits de dose bien plus faibles. Ainsi le dosimètre placé au contact du coffre en acier qui contient mes échantillons a mesuré en 24h une dose de 0.006 mSv, soit un débit de dose de 0.006/24=0.00025mSv/h ou 0.25µSv/h. Cela représente un débit d'environ 2.5x le bruit de fond naturel moyen en France ce qui n'est rien du tout. Une autre façon d'interpréter ce résultat est que si j'avais tenu contre moi ce coffre fort sans bouger pendant 24h, j'aurais reçu la même dose que lors d'un aller-retour Paris New-York en avion. Pas de quoi fouetter un chat donc. A 1m50 du coffre, le débit de dose est indiscernable du bruit de fond naturel.

Radioactivité : introduction à la spectroscopie gamma amateur

En matière de détection de la radioactivité, le compteur geiger est l'équipement qui vient tout de suite à l'esprit. Or ce type de détecteur s'il est adapté à la simple détection ne permet pas de déterminer à quel élément radioactif on a affaire : impossible par exemple de savoir si les particules détectées sont émises par de l'uranium, du thorium, du cesium 137... L'appareil qui va permettre de caractériser les isotopes est un spectromètre gamma.

Les appareils professionnels de spectrométrie gamma coutent horriblement cher, et jusque ici même les appareils amateurs représentaient un investissement conséquent. Heureusement un japonais, M. Ohisa, a démocratisé un peu plus ce type de matériel avec des détecteurs autour de 160 euros port inclus, dénommés "Armadillo". Si ces détecteurs ne peuvent évidemment pas rivaliser avec du matériel plus cher, ils permettent néanmoins de caractériser des isotopes et de détecter des contaminations. Ils sont d'ailleurs utilisés par des amateurs au Japon pour détecter des contaminations au Cesium 137 dans l'environnement.

Mon détecteur Armadillo, modèle 1-d (avec sortie audio digitale en USB) :

Détecteur spectrométrie gamma Armadillo 1-d

Principe de fonctionnement

Le détecteur contient un cristal d'un centimètre cube d'iodure de cesium (CsI) qui a la propriété d'émettre des flashs lumineux lorsqu'il interagit avec des particules gamma. L'intensité de ces flash est proportionnelle à l'énergie des particules qui traversent le cristal. Ces flash sont ensuite amplifiés par un dispositif électronique interne au détecteur et convertis en un signal audio envoyé au PC via USB. L'analyse de ce signal audio par un logiciel de spectrométrie tel que Theremino MCA permet de tracer une courbe de distribution des différentes énergies émises par un échantillon : le spectre.

Ma configuration pour la spectrometrie : détecteur Armadillo, château de plomb, logiciel Theremino MCA

La spectrométrie gamma tire profit du fait que chaque radioélément a sa propre signature en énergie. Par exemple le cesium 137 émet des pics d'énergie à 32 keV et 662 keV, tandis que le radium 226 et ses descendants émettent des pics à 186, 242, 295, 352 et 609 keV. En regardant les pics d'énergie présents dans le spectre d'un échantillon on peut donc déterminer les radioéléments qu'il contient. Exemple de spectres pour différents radioéléments : americium 241 (en rouge), cesium 137 (en bleu), radium (en jaune), la courbe grise correspondant au bruit de fond :

spectrometrie-spectres.jpg

En pratique

Démonstration en vidéo d'une mesure avec le détecteur Armadillo couplé au logiciel Theremino MCA :

Si le principe de la spectrométrie gamma est simple, la pratique nécessite quand même d'acquérir un certain nombre de connaissances et savoirs-faire. Il faudra apprendre notamment apprendre à calibrer et optimiser son système, se familiariser avec les spectres les plus caractéristiques, acquérir quelques notions de physique nucléaire et se montrer patient : dans le domaine des faibles activités, même si on peut avoir les premiers résultats en quelques minutes, un beau spectre nécessite souvent une mesure sur plusieurs heures, voire plusieurs jours !

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