Facebook Instagram Youtube Twitter

Qu’est-ce que le rayonnement de fond naturel – Définition

Le rayonnement de fond naturel est un rayonnement ionisant, qui provient de diverses sources naturelles. Ce rayonnement n’est associé à aucune activité humaine. Propriétés des matériaux

Sources de rayonnement naturelles et artificiellesLe rayonnement est tout autour de nous. Dans, autour et au-dessus du monde dans lequel nous vivons. C’est une force énergétique naturelle qui nous entoure. C’est une partie de notre monde naturel qui est là depuis la naissance de notre planète. Tous les êtres vivants, depuis la nuit des temps, ont été et sont encore exposés à des rayonnements ionisants. Le rayonnement ionisant est généré par des réactions nucléaires, la désintégration nucléaire, par des températures très élevées ou par l’accélération de particules chargées dans des champs électromagnétiques.

Rayonnement de fond naturel

Le rayonnement de fond naturel est un rayonnement ionisant, qui provient de diverses sources naturelles. Tous les êtres vivants, depuis la nuit des temps, ont été et sont encore exposés à des rayonnements ionisants. Ce rayonnement n’est associé à aucune activité humaine. Il y a des isotopes radioactifs dans nos corps, nos maisons, l’air, l’eau et le sol. Nous sommes tous également exposés aux rayonnements de l’espace.

Sources de rayonnement de fond naturel

Nous divisons toutes ces sources de rayonnement naturel en trois groupes:

Rayonnement cosmique

Rayonnement cosmique - Source naturelle de rayonnement
Source : nasa.gov Licence : domaine public

Le rayonnement cosmique fait référence aux sources de rayonnement sous la forme de rayons cosmiques provenant du soleil ou de l’espace extra-atmosphérique. Au niveau du sol, les muons, avec des énergies pour la plupart comprises entre 1 et 20 GeV, contribuent à environ 75 % du débit de dose absorbée dans l’air libre. Le reste provient des électrons produits par les muons ou présents dans la cascade électromagnétique. La dose annuelle de rayons cosmiques   au niveau de la mer est d’environ 0,27 mSv (27 mrem). Si vous vivez à des altitudes plus élevées ou si vous êtes un passager fréquent des compagnies aériennes, cette exposition peut être considérablement plus élevée, car l’atmosphère est plus fine ici. Les effets du champ magnétique terrestre déterminent également la dose de rayonnement cosmique.

Le rayonnement cosmique peut être divisé en différents types selon son origine. Il existe trois sources principales de tels rayonnements:

  • Rayonnement Cosmique Solaire. Le rayonnement cosmique solaire fait référence aux sources de rayonnement sous la forme de particules de haute énergie (principalement des protons) émises par le soleil, principalement lors d’événements de particules solaires (SPE).
  • Rayonnement cosmique galactique. Le rayonnement cosmique galactique, GCR, fait référence à des sources de rayonnement sous la forme de particules de haute énergie provenant de l’extérieur du système solaire, mais généralement de l’intérieur de notre galaxie, la Voie lactée.
  • Rayonnement des ceintures de rayonnement de la Terre (ceintures de van Allen). Les ceintures  de rayonnement de Van Allen sont des zones de particules de haute énergie (en particulier des protons) piégées par le champ magnétique terrestre.

Fond naturel en avion – Rayonnement en vol

L’exposition au rayonnement cosmique augmente rapidement avec l’altitude. En vol, il y a deux principales sources de rayonnement naturel à prendre en compte: les rayons cosmiques galactiques qui sont toujours présents, et les événements de protons solaires, parfois appelés événements de rayons cosmiques solaires (SCR), qui se produisent sporadiquement. Le débit de dose du rayonnement cosmique varie dans différentes parties du monde et dépend fortement du champ géomagnétique, de l’altitude et du cycle solaire. Le champ de rayonnement aux altitudes des avions se compose de neutrons, de protons et de pions. En vol, les neutrons contribuent pour 40 à 80 % de la  dose équivalente, en fonction du champ géomagnétique, de l’altitude et du cycle solaire. Le débit de dose de rayonnement cosmique dans les avions est si élevé (mais pas dangereux) que, selon le rapport UNSCEAR 2000 des Nations Unies, les membres du personnel navigant des compagnies aériennes reçoivent en moyenne plus de dose que tout autre travailleur, y compris ceux des centrales nucléaires.

Le débit de dose au niveau du sol est en moyenne d’environ 0,10 μSv/h, mais à l’altitude de vol maximale (8,8 km ou 29 000 pieds), il peut atteindre environ 2,0 μSv/h (ou même des valeurs plus élevées). Un débit de dose de 4 μSv/h peut être utilisé pour représenter le débit de dose moyen pour tous les vols long-courriers (en raison des altitudes plus élevées). Il faut ajouter que pour des avions supersoniques comme le Concorde, qui pouvaient effectuer un vol transatlantique en 3,5 heures, le taux d’exposition (environ 9 μSv/h) à leur altitude de 18 km était suffisamment augmenté pour entraîner la même exposition aux rayons cosmiques par traversant comme pour les jets conventionnels circulant sur environ 8 km.

Le champ magnétique terrestre comme bouclier anti-rayonnement

magnétosphère - champ magnétique terrestre
Vue d’artiste de la structure d’une magnétosphère : 1) Bow shock. 2) Magnétogaine. 3) La magnétopause. 4) Magnétosphère. 5) Lobe nord de la queue. 6) Lobe de queue sud. 7) Plasmasphère. Source: nasa.gov Licence: domaine public

Le champ magnétique terrestre fournit un bouclier de rayonnement vital de rayonnement cosmique. En plus d’une atmosphère protectrice, nous avons aussi la chance que la Terre ait un champ magnétique. Le champ magnétique s’étend sur plusieurs dizaines de milliers de kilomètres dans l’espace, protégeant la Terre des particules chargées du vent solaire et des rayons cosmiques qui autrement dépouilleraient la haute atmosphère, y compris la couche d’ozone qui protège la Terre des rayons ultraviolets nocifs. Il nous protège des pleins effets du vent solaire et du GCR. Sans cette protection, la biosphère terrestre pourrait ne pas exister comme elle le fait aujourd’hui, ou serait au moins limitée au sous-sol. Le champ magnétique terrestre fournit également un bouclier anti-rayonnement aux astronautes et à l’ISS elle-même, car elle est en orbite terrestre basse.

Les calculs de la perte de dioxyde de carbone de l’atmosphère de Mars, résultant du piégeage des ions par le vent solaire, indiquent que la dissipation du champ magnétique de Mars a provoqué une perte quasi totale de son atmosphère.

Rayonnement terrestre

Le rayonnement terrestre fait référence aux sources de rayonnement qui se trouvent dans le sol, l’eau et la végétation. Les principaux isotopes préoccupants pour le rayonnement terrestre sont l’uranium et les produits de désintégration de l’uranium, tels que le thorium, le radium et le radon. Le débit de dose moyen provenant des nucléides terrestres (à l’exception de l’exposition au radon) est d’environ 0,057 µGy/h. Les valeurs maximales ont été mesurées sur du sable de monazite à Guarapari au Brésil (jusqu’à 50 µGy/h et au Kerala en Inde (environ 2 µGy/h) et sur des roches à forte concentration en radium à Ramsar en Iran (de 1 à 10 µGy/h).

radon - atténuation - maison
Le gaz radon peut pénétrer dans la maison par des fissures (dues à un effet de cheminée) dans le plancher et les murs du sous-sol. Source : suro.cz

La dose annuelle moyenne de rayonnement du radon à une personne est d’environ 2 mSv/an et elle peut varier de plusieurs ordres de grandeur d’un endroit à l’autre. Le radon est si important qu’il est généralement traité séparément. Le radon est un gaz noble incolore, inodore et insipide, qui s’infiltre en permanence à partir du socle rocheux mais peut, en raison de sa forte densité, s’accumuler dans les maisons mal ventilées. Le fait que le radon soit un gaz joue un rôle crucial dans la propagation de tous ses noyaux filles. Le radon est simplement un moyen de transport du substratum rocheux à l’atmosphère (ou à l’intérieur des bâtiments) pour ses produits de désintégration à courte durée de vie (Pb-210 et Po-210), qui présentent beaucoup plus de risques pour la santé.

Rayonnement interne

En plus des sources cosmiques et terrestres, toutes les personnes ont également du potassium 40 radioactif, du carbone 14, du plomb 210 et d’autres isotopes dans leur corps dès la naissance.

Ces isotopes sont notamment le potassium-40, le carbone-14 et aussi les isotopes de l’uranium et du thorium. La variation de la dose de rayonnement d’une personne à l’autre n’est pas aussi grande que la variation de la dose provenant des sources cosmiques et terrestres. La dose annuelle moyenne de rayonnement reçue par une personne à partir de matières radioactives internes autres que le radon est d’environ 0,3 mSv/an, dont:

  • 0,2 mSv/an provient du potassium-40,
  • 0,12 mSv/an provient de la série de l’uranium et du thorium,
  • 12 μSv/an proviennent du carbone 40.

Rayonnement de fond et danger pour la santé

Vous ne pouvez pas traverser la vie sans rayonnement. Le danger des rayonnements ionisants réside dans le fait que le rayonnement est invisible et non directement détectable par les sens humains. Les gens ne peuvent ni voir ni sentir le rayonnement, mais il dépose de l’énergie sur les molécules du corps.

Modèle LNT et modèle d'hormèse
Hypothèses alternatives pour l’extrapolation du risque de cancer par rapport à la dose de rayonnement à des niveaux de faible dose, compte tenu d’un risque connu à une dose élevée: modèle LNT et modèle d’hormèse.

Mais ne vous inquiétez pas, les doses provenant du rayonnement de fond sont généralement  très faibles (sauf l’exposition au radon). Une faible dose signifie ici de petites doses supplémentaires comparables au rayonnement de fond normal (10 µSv = dose quotidienne moyenne reçue du fond naturel). Le problème est qu’à de très faibles doses, il est pratiquement impossible de corréler une irradiation avec certains effets biologiques. En effet, le taux de cancer de base est déjà très élevé et le risque de développer un cancer fluctue de 40 % en raison du style de vie individuel et des effets environnementaux, masquant les effets subtils des rayonnements de faible intensité.

Deuxièmement, et c’est crucial, la vérité sur les effets des rayonnements à faible dose sur la santé reste à découvrir. On ne sait pas exactement si ces faibles doses de rayonnement sont nuisibles ou bénéfiques (et où est le seuil). Le gouvernement et les organismes de réglementation supposent un modèle LNT au lieu d’un seuil ou d’une hormèse, non pas parce qu’il est le plus scientifiquement convaincant, mais parce qu’il s’agit de l’ estimation la plus prudente. Le problème de ce modèle est qu’il néglige un certain nombre de processus biologiques de défense qui peuvent être cruciaux à faibles doses. Les recherches menées au cours des deux dernières décennies sont très intéressantes et montrent que de petites doses de rayonnement administrées à faible débit de dose stimulent les mécanismes de défense. Par conséquent, le modèle LNT n’est pas universellement accepté, certains proposant une relation dose-réponse adaptative où les faibles doses sont protectrices et les doses élevées sont préjudiciables. De nombreuses études ont contredit le modèle LNT et nombre d’entre elles ont montré une réponse adaptative à un rayonnement à faible dose entraînant une réduction des mutations et des cancers. Ce phénomène est connu sous le nom d’ hormèse radiative.

Selon l’hypothèse de l’ hormèse du rayonnement, une exposition au rayonnement comparable et juste au-dessus du niveau de fond naturel du rayonnement n’est pas nocive mais bénéfique, tout en acceptant que des niveaux de rayonnement beaucoup plus élevés sont dangereux. Les arguments en faveur de l’hormèse s’articulent autour de certaines études épidémiologiques à grande échelle et des preuves d’expériences d’irradiation sur des animaux, mais surtout des progrès récents dans la connaissance de la réponse adaptative. Les partisans de l’hormèse par rayonnement affirment généralement que les réponses radioprotectrices dans les cellules et le système immunitaire non seulement contrent les effets nocifs des rayonnements, mais agissent également pour inhiber le cancer spontané non lié à l’exposition aux rayonnements.

Voir aussi: Modèle LNT

Références :

Protection contre les radiations:

  1. Knoll, Glenn F., Radiation Detection and Measurement 4th Edition, Wiley, 8/2010. ISBN-13 : 978-0470131480.
  2. Stabin, Michael G., Radioprotection et dosimétrie : une introduction à la physique de la santé, Springer, 10/2010. ISBN-13 : 978-1441923912.
  3. Martin, James E., Physics for Radiation Protection 3rd Edition, Wiley-VCH, 4/2013. ISBN-13 : 978-3527411764.
  4. USNRC, CONCEPTS DE RÉACTEURS NUCLÉAIRES
  5. Département américain de l’énergie, de la physique nucléaire et de la théorie des réacteurs. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.

Physique nucléaire et des réacteurs:

  1. JR Lamarsh, Introduction à la théorie des réacteurs nucléaires, 2e éd., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
  2. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.
  3. WM Stacey, Physique des réacteurs nucléaires, John Wiley & Sons, 2001, ISBN : 0-471-39127-1.
  4. Glasstone, Sesonské. Ingénierie des réacteurs nucléaires : Ingénierie des systèmes de réacteurs, Springer ; 4e édition, 1994, ISBN : 978-0412985317
  5. WSC Williams. Physique nucléaire et des particules. Presse Clarendon ; 1 édition, 1991, ISBN : 978-0198520467
  6. GRKeep. Physique de la cinétique nucléaire. Pub Addison-Wesley. Co; 1ère édition, 1965
  7. Robert Reed Burn, Introduction au fonctionnement des réacteurs nucléaires, 1988.
  8. Département américain de l’énergie, de la physique nucléaire et de la théorie des réacteurs. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
  9. Paul Reuss, Physique des neutrons. EDP ​​Sciences, 2008. ISBN : 978-2759800414.

[ /lgc_column]

Voir également:

Sources de rayonnement

Nous espérons que cet article, Radiation naturelle de fond, vous aidera. Si oui, donnez-nous un like dans la barre latérale. L’objectif principal de ce site Web est d’aider le public à apprendre des informations intéressantes et importantes sur les matériaux et leurs propriétés.