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Radioactivité naturelle
La radioactivité naturelle présente deux composantes principales : tellurique et cosmique. La radioactivité naturelle terrestre est issue des trois familles radioactives naturelles dont les radionucléides sont en filiation, celle de 232Th, de 235U et de 238U. On retrouve également ces différents radionucléides dans les autres compartiments comme les eaux ou l’air et même dans le corps humain suite à l’ingestion de denrées alimentaires. On peut voir dans la chaîne de désintégration du 232Th qu’il y ‘a des émetteurs α et β. Dans toutes les mesures nucléaires réalisées, on note la présence de traces de ces radionucléides naturels. Le radon est un gaz radioactif qui possède trois isotopes dans chaque famille radioactive naturelle : 219Rn (235U), 220Rn (232Th) et 222Rn (238U). Le 222Rn, descendant de la famille de 238U est présent en grande quantité dans l’atmosphère de par la forte proportion de sa famille radioactive et de sa période (3,82 jours) assez longue pour permettre sa migration dans l’environnement. Sa décroissance engendre des descendants radioactifs. Son accumulation dans des atmosphères confinées en fait l’élément radioactif naturel le plus dosant pour la population et augmente le risque de cancer du poumon.
Radioactivité artificielle
La radioactivité artificielle est une radioactivité provoquée par des activités humaines au moyen d’un accélérateur de particules ou d’un réacteur nucléaire. La radioactivité artificielle est présente dans l’environnement depuis le début du XXe siècle. Elle comprend l’ensemble des phénomènes de transmutation des radio-isotopes créés artificiellement en bombardant des éléments stables (aluminium, béryllium, iode, etc.) avec divers faisceaux de particules (neutron, proton, particule α, deuton). Historiquement, ce furent Frédéric Joliot-Curie et Irène Joliot-Curie qui, les premiers en 1934, découvrirent le phénomène en produisant du phosphore 30 en bombardant de l’aluminium 27 avec une particule α provenant généralement d’une source de radium. La famille (4n+1) artificielle qui a pu exister après la formation de la terre. Il est à noter que du Np-237 est fabriqué dans les réacteurs.
Les retombées globales
Les retombées globales regroupent les essais atmosphériques d’armes nucléaires et les accidents ayant engendré d’importants rejets de radioactivité dans l’environnement. Les essais nucléaires militaires ont conduit à l’apparition dans l’environnement à l’échelle mondiale de nombreux radionucléides, surtout des produits d’activation et de fission ainsi que des radionucléides transuraniens. Aujourd’hui on retrouve essentiellement le 137Cs comme émetteur dans l’environnement dû aux essais militaires. Les accidents nucléaires atmosphériques ont aussi contribué à l’apparition de la radioactivité artificielle dans l’environnement, le plus important est l’accident de Tchernobyl, dont les rejets de 137Cs sont encore aujourd’hui mesurables sur tout le territoire français. Une explosion nucléaire est due à la fission (cassure) d’atomes lourds comme l’Uranium 235 (235U) ou le Plutonium 239 (239Pu). Elle entraîne un dégagement d’énergie considérable et l’émission de produits de fission et d’activation.
Les produits de fission
Sous l’impact d’un neutron, le noyau de l’atome d’Uranium 235 ou de Plutonium 239 se casse en deux radionucléides, libérant de l’énergie et des neutrons. Une cinquantaine de radionucléides «primaires» peuvent ainsi être produits. En se désintégrant, ils vont engendrer plus de 200 radionucléides « secondaires », parmi lesquels le Césium 137 (137Cs), le Strontium 90 (90Sr), le Zirconium 95 (95Zr) et l’Iode 131 (131I).
Les produits d’activation
Certains noyaux présents dans l’environnement peuvent capturer des neutrons et devenir radioactifs. C’est le cas de l’hydrogène qui se transforme en Tritium (3H) et de l’Azote 14 (14N) qui se transforme en Carbone 14 (14C).
Particules et gaz nobles
La plupart des produits de fission et d’activation se condensent et se fixent aux aérosols. Ces radionucléides s’appellent des particules. Les gaz nobles sont chimiquement non réactifs et restent gazeux. Le xénon est le gaz noble avec le plus haut rendement de fission. Dans les explosions nucléaires souterraines, les particules sont retenues dans le sol et les gaz rares sont plus susceptibles de s’échapper.
Les rejets contrôlés
En fonctionnement normal, les installations nucléaires de base rejettent des radio-isotopes sous trois formes : rejets gazeux, rejets liquides et rejets diffus. Les principaux radioéléments rejetés sont : 3H, 14C, les isotopes de l’iode, des gaz rares et quelques produits d’activation et de fission. Ces derniers sont principalement : 58Co, 137Cs, 134Cs, 54Mn, 124Sb, 125Sb, 60Co, 108mAg, 110mAg.
Certains de ces radionucléides sont également rejetés lors du démantèlement des installations nucléaires de base ou du retraitement des déchets de combustibles usés, auxquels il faut ajouter des rejets de radionucléides transuraniens.
Dans le domaine médical, la médecine nucléaire est le principal contributeur de rejets dans l’environnement du fait de l’utilisation de sources liquides. On retrouve essentiellement des émetteurs à courte durée de vie dont la dispersion dans l’environnement est brève. La médecine nucléaire, pour le diagnostic, utilise par exemple 99mTc (T=6 h), 201Tl (T=3 j) ou 123I (T=13 h) pour réaliser des scintigraphies ou encore le 18F (T=2 h) lors des examens de Tomographie par Emissions de Positons.
La curiethérapie, à but curatif, utilise des émetteurs à durée de vie plus longue, on retrouve par exemple le 137Cs, 60Co, 192Ir, 125I, 103Pd ou encore 106Rh, mais les sources sont sous forme solide et leur dispersion est moins probable.
Les situations accidentelles
Dans le cas d’un accident sur un réacteur nucléaire, un panel assez large de radionucléides est susceptible d’être rejeté dans l’environnement, panel dépendant du type d’accident. Les principaux radionucléides rejetés sont répertoriés dans le tableau 2. Il s’agit essentiellement de produits de fission et d’activation.
Certains comme 131I ont un impact dosimétrique très important et devraient donc être quantifiés rapidement pour en limiter l’impact sur les populations proches de l’accident. Un accident dans le transport des radionucléides médicaux pourrait engendrer une contamination dans l’environnement. Mais comme précisé plus haut, les émetteurs employés en médecine nucléaire ont des durées de vies courtes et leur présence serait restreinte dans l’environnement. Enfin, la curiethérapie utilise des sources scellées généralement solides et peuvent donc difficilement se disperser dans l’environnement.
LES ESSAIS NUCLEAIRES
Le début de l’ère nucléaire
Le premier essai de l’histoire, du nom de code Trinity, a lieu le 16 Juillet 1945 à Alamogordo dans le désert du nouveau Mexique, concrétisant les recherches scientifiques menées conjointement par les Etats-Unis, le Royaume-Uni et le Canada depuis 1942 sous la bannière du projet Manhattan. Le but initial de cet essai était de confirmer la faisabilité d’une arme nucléaire de type implosion. Trois semaines plus tard, les forces américaines larguent little boy et fat man sur les villes d’Hiroshima et de Nagasaki les 6 et 8 Aout 1945. La course aux armements nucléaires démarre réellement suite à l’explosion le 29 Aout 1949 de la première bombe RDS-1 (bombe atomique de 22kt) conçue par l’Union des républiques socialistes soviétiques (URSS).
Durant la guerre froide, les essais nucléaires essentiellement atmosphériques jusqu’aux années 1960 se multiplient. Le premier Mars 1954, la plus puissante bombe H américaine est testée, causant des désastres écologiques dus aux retombées radioactives.
les types d’essais nucléaires
Un essai nucléaire désigne l’explosion d’une bombe nucléaire à des fins expérimentales. Les essais permettent de valider des modèles de fonctionnement, leurs effets peuvent également prouver à la communauté internationale que l’on dispose de l’arme nucléaire. Il existe différents types d’essais nucléaires : test atmosphérique ; test souterrain et test sous-marin [5].
Les essais atmosphériques
Au total, plus de 2 000 explosions nucléaires ont explosé dans le monde entre le 16 juillet 1945 et le juillet 1996, 25% des essais ont été explosés dans l’atmosphère. La préoccupation internationale suscitée par les retombées radioactives résultant d’essais atmosphériques s’est accrue au milieu des années 1950.
Les essais atmosphériques ont été interdits par le Traité d’interdiction partielle des essais de 1963.
Les stations du système de surveillance internationale (C.T.B.T.O) sont utilisées pour détecter les explosions nucléaires en surveillant les ondes sonores à basse fréquence dans l’atmosphère. Les stations (SSI) du CTBTO radionucléide sont conçues pour détecter les particules radioactives émanant d’un test atmosphérique.
Les essais sous l’eau
Les tests sous l’eau concernent les explosions qui ont lieu sous l’eau ou près de la surface de l’eau. Relativement peu d’essais sous l’eau ont été effectués. Le premier essai nucléaire sousmarin « Baker » a été réalisé par les Etats-Unis en 1946 sur son Pacific Proving Grounds, dans les îles Marshall, dans le but d’évaluer les effets des armes nucléaires utilisées contre des navires de guerre. Plus tard, en 1955, l’opération Wigwam des Etats-Unis a conduit un seul essai nucléaire sous-marin à une profondeur de 600 m afin de déterminer la vulnérabilité des sous-marins aux explosions nucléaires. Les explosions nucléaires sous-marines près de la surface peuvent disperser de grandes quantités d’eau et de vapeur radioactives, contaminant les navires, les structures et les personnes à proximité.
Les essais nucléaires sous-marins ont été interdits par le traité d’interdiction partielle des essais de 1963. Les stations SSI hydroacoustiques du CTBTO sont celles qui conviennent le mieux pour détecter les explosions nucléaires sous l’eau.
Les essais souterrains
Les essais souterrains signifient que des explosions nucléaires sont déclenchées à différentes profondeurs sous la surface de la terre. Celles-ci constituaient la majorité (environ 75%) de toutes les explosions nucléaires déclenchées pendant la guerre froide (1945-1989) ; dont 800 tests effectués par les Etats-Unis et près de 500 effectués par l’Union soviétique. Lorsque l’explosion est entièrement maîtrisée, les essais nucléaires souterrains n’émettent que des retombées négligeables par rapport aux essais atmosphériques. .Les essais nucléaires souterrains ont été interdits par le traité d’interdiction complète des essais nucléaires de 1996 (TICE), qui interdit toutes les explosions nucléaires, où que ce soit et par n’importe qui ;75% de toutes les explosions nucléaires ont eu lieu sous terre. Les stations SSI sismiques de l’OTICE sont utilisées pour détecter des explosions nucléaires sous terre. Les données sismiques sont combinées avec des données de radionucléides. Seule la technologie des radionucléides peut déterminer si une explosion est d’origine nucléaire; ses stations et laboratoires dans le monde entier surveillent la présence de particules et / ou de gaz rares dans l’atmosphère.
Le développement des arsenaux nucléaires
Les arsenaux nucléaires mondiaux ont considérablement augmenté pendant la guerre froide, passant d’un peu plus de 3 000 armes en 1955 à plus de 37 000 en 1965 à 47 000 en 1975 et plus de 60 000 à la fin des années 1980. L’Israël a lancé un programme nucléaire dans les années 50 et avait achevé la phase de recherche-développement de son programme d’armes nucléaires en 1966, bien qu’il n’ait pas, à la connaissance du public, testé cette arme. Israël a adopté une soi-disant « politique d’ambiguïté nucléaire », qui ne confirme ni ne nie son statut nucléaire. Il n’est pas partie au traité de non-prolifération de 1968 et il a signé mais pas ratifié le TICE. Officiellement, l’Inde est devenue le sixième pays à développer des armes nucléaires, réalisant l’essai nucléaire » Smiling Buddah » du 18 mai 1974, déclaré comme une explosion nucléaire « pacifique ».
En 1982, un autre pays, l’Afrique du Sud, a fait l’acquisition d’armes nucléaires, selon le Centre sur les études de non-prolifération de l’Institut Monterey. A la connaissance du public, l’Afrique du Sud n’a effectué aucun essai nucléaire. Moins de dix ans plus tard, avec la transition prévue vers un gouvernement élu par la majorité des voix, l’Afrique du Sud a démantelé l’ensemble de ses armes nucléaires, le seul pays à ce jour à renoncer volontairement aux armes nucléaires sous son contrôle absolu. Le démantèlement s’est achevé en 1991. La même année, l’Afrique du Sud a adhéré au Traité de non-prolifération de 1968 en tant qu’état non doté d’armes nucléaires. Il a voté massivement pour mettre fin à l’apartheid le 18 mars 1992. Jusqu’au début des années 90, le monde n’a enregistré aucune baisse significative des activités d’essais nucléaires et d’acquisition d’armes nucléaires. Le nombre total d’essais nucléaires dans la seconde moitié des années 80 s’est élevé à 174. Mais des relations plus chaleureuses entre l’Union soviétique et les Etats-Unis à partir du milieu desannées 1980 ont ouvert la voie, tout comme la chute du mur de Berlin en 1989 et la dissolution de l’Union soviétique en 1991, qui ont été remplacées par la Fédération de Russie. La Biélorussie, le Kazakhstan et l’Ukraine, qui, avec la Russie, avaient accueilli l’arsenal nucléaire soviétique, sont devenus des Etats non dotés d’armes nucléaires en vertu du Traité sur la non-prolifération. Le site principal d’essais de l’URSS, Semipalatinsk au Kazakhstan, a été fermé en 1991.
Conclusion
Les USA, l’URSS et le Royaume-Uni s’engagent à cesser leurs essais atmosphériques par la signature du TIPE en Aout 1963. La France et la Chine refusent de participer aux négociations afin de poursuivre leurs programmes de recherche. Aussi, bien que le TIPE marque un tournant dans la lutte contre la prolifération nucléaire, traduisant une réelle volonté de limiter les retombées radioactives consécutives aux essais atmosphériques, il n’a que peu d’effet sur le nombre d’essais nucléaires dans leur ensemble, désormais effectués sous terre.
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