1.4.2 - Principales utilisations des sources radioactives

Les radioéléments ont aujourd'hui trouvé des applications dans des domaines aussi divers que :

- la géologie : où ils permettent d'obtenir de précieuses informations sur les processus physico-chimiques et biologiques qui se produisent à la surface du globe, dans les océans ou dans l'atmosphère : climat et température dans des temps très reculés, âge de minéraux, de couches géologiques, météorites, ...;

- l'archéologie : pour laquelle le carbone 14 constitue une véritable horloge à remonter le temps (jusqu'à 20 000 années), permettant de dater avec une bonne précision (10 % ou moins) la mort d'espèces vivantes, animales ou végétales ;

- l'hydrologie : le traçage au tritium permettant de suivre le cours des eaux ;

- l'étude du mouvement des sols : où l'on recourt  au marquage de chrome 51, de zinc 65, etc. ;

- la prospection minière : une technique plus rapide que le classique carottage consiste à fixer sur la tige de forage un émetteur  g   qui irradie les couches du terrain sondé. La mesure des activités différentes présentées par les couches de terrain rencontrées renseigne sur leur nature, sur la présence d'eau, d'hydrocarbures,.. ;

- l'agronomie : où les radioéléments permettent par exemple de suivre le transfert de certains éléments (carbone, phosphore,..) du sol aux plantes ; etc.

Dans ces conditions, on se limitera dans ce qui suit à l'évocation de quelques-unes des principales applications des radioéléments.

1.4.2.1 - Applications médicales en sources non scellées

Les radio-isotopes en sources non scellées sont employés comme agents de diagnostic "in vivo" et d'exploration fonctionnelle.

Le radioélément, choisi pour sa faculté de se fixer sélectivement sur l'organe à examiner, est injecté dans le corps. La radioactivité accumulée dans l'organe est enregistrée au moyen d'un  détecteur à scintillation qui peut être soit animé d'un mouvement de balayage permettant d'examiner successivement les différents points de l'organe (scintigraphie à balayage), soit fixe et capable de scruter l'ensemble de l'organe (gamma-caméra ou caméra.  g) Les enregistrements ainsi obtenus sont appelés scintigrammes.

Ce sont des émetteurs  g    qui sont utilisés en scintigraphie : iode 131, or 198, mercure 203, chrome 51,... Mais ces radio-isotopes présentent l'inconvénient d'avoir des périodes relativement longues (plusieurs jours) ce qui impose, pour limiter l'irradiation interne, de réduire au minimum les quantités injectées. On leur préfère aujourd'hui des radioéléments à durée de vie courte (quelques heures) tels que le technétium 99, l'indium 113, ...livrés au médecin sous forme de générateurs d'isotopes.

Leur production est assurée par un générateur d'une extrême simplicité, livré prêt à l'emploi, comportant un couple en équilibre radioactif, le premier doué d'une période longue engendrera le second, à période courte. Le parent restera fixe dans la colonne pendant l'élution spécifique du descendant, le seul qui sera médicalement utilisé.

Les deux systèmes de couples les plus exploités sont :

- ⁹⁹ Mo (67 heures)   ®  ⁹⁹mTc (6 heures) très employés en médecine ;

- ¹¹³Sn (118 jours)    ®  ¹¹³In (1,7 heure).

Cette méthode d'investigation est couramment utilisée ; par exemple :

- examen du coeur (radiocardigraphie) : injection de sodium 24 ou de baryum 137 et mesure des variations de la radioactivité au passage du radioélément dans les cavités cardiaques ;

- mesure du débit cardiaque : injection par voie intraveineuse d'un sérum marqué à l'iode 131 ;

- mesure du débit sanguin rénal : injection dans ce cas de krypton 85 ou de xénon 133 dans l'artère rénale ;

- scintigraphie des poumons au moyen de xénon 133 ;

- gamma-encéphalographie : application de la scintigraphie à l'examen de l'encéphale ;

- repérage des tumeurs : les tissus en voie de croissance rapide, et c'est le cas des tissus cancéreux, contiennent sensiblement plus de phosphore que les tissus adultes sains. On peut les repérer en injectant du phosphore 32 ;

- certains cancers cutanés peuvent être traités par irradiation superficielle au moyen de strontium 90 ou même de phosphore 32.

Examen fonctionnel

1.4.2.2 - Applications médicales en sources scellées ;

Dans ce cas, les radioéléments sont utilisés comme agents d'irradiation externe pour le traitement du cancer.

En curiethérapie transcutanée, le rayonnement provient de radium 226 contenu soit dans des aiguilles de platine implantées dans les tissus malades, soit dans des tubes introduits dans les cavités naturelles ou fixés au contact de la région à traiter.

En télécuriethérapie (ou télégammathérapie), curiethérapie à distance, le rayonnement  est émis par d'importantes quantités de radium ou de cobalt 60 (bombe de cobalt).

1.4.2.3 - Les jauges radioactives

Leur principe est basé sur l'absorption du rayonnement par les matériaux à mesurer, absorption proportionnelle aux épaisseurs et aux densités traversées. Elles permettent de contrôler par exemple, l'épaisseur d'un carton en cours de sa fabrication ou bien, dans des usines chimiques, la densité ou le niveau de liquides ou de poudres dans des réservoirs. Elles permettent même de régler automatiquement les machines, en fonction des mesures faites sur les produits fabriqués.

Mesures de niveaux

Il existe de nombreux types de montage : par exemple, la source et le détecteur sont mécaniquement solidaires et placés extérieurement de part et d'autre de la capacité contrôlée ; la brusque variation du signal reçu par le détecteur indique que le rayonnement a été intercepté par le liquide contenu dans la capacité. On peut également détecter la position d'une source radioactive solidaire d'un flotteur.

Mesures de densité

Ces appareils sont conçus comme des jauges d'épaisseur par transmission, la densité étant ici aussi déduite de la mesure, au moyen d'un détecteur approprié, de l'absorption du rayonnement (un objet plus ou moins dense se comportant comme un objet plus ou moins épais).

1.4.2.4.4 - Gammagraphie

Les radiations impressionnant les pellicules photographiques, les radioéléments peuvent servir à radiographier des pièces métalliques par exemple, afin de révéler leur structure interne, plus commodément que l'on pourrait le faire avec des rayons X, le dispositif de gammagraphie étant mobile et de petite taille.

La gammagraphie utilise des sources scellées sous forme spéciale dont les plus courantes sont le cobalt 60, l'iridium 192 et, à un degré moindre, le césium 137. Exceptionnellement, et uniquement pour l'aluminium et ses alliages, on emploie le thallium 170. Les sources peuvent être de très forte activité : jusqu'à 2 000 Ci pour le cobalt et jusqu'à 400 Ci pour l'iridium. Elle est utilisée pour le contrôle de soudures, la détection de fissures, de soufflures, de criques dans les métaux.

1.4.2.5 - Les traceurs

En introduisant un radioélément dans un produit, on peut suivre aisément ses déplacements à l'aide d'un détecteur. Les applications des radioéléments traceurs sont multiples : étude du mouvement des sédiments marins, étude de la vitesse du déplacement de produits dans des circuits d'usines chimiques, détection de fuites sur une canalisation enterrée.

Détection des fuites

1.4.2.6 - Agronomie

On étudie l'efficacité des engrais et des insecticides au moyen de traceurs qui permettent de suivre leur évolution dans les sols et dans les plantes. Les traceurs servent aussi à marquer les insectes (abeilles, sauterelles) afin d'observer leurs migrations ou leur comportement. On modifie les caractéristiques des plantes en les soumettant à des irradiations. C'est ainsi, par exemple, que l'on a pu obtenir une variété de riz, à tige courte, qui ne se couche pas sous l'effet des intempéries et qui est plus facile à moissonner. On a aussi pu détruire des populations entières nuisibles, s'agissant d'espèces ne s'accouplant qu'une fois par génération : il a suffi d'élever des mâles en laboratoire et de les stériliser par irradiation avant de les remettre en liberté.

Etude de la meilleure  façon de répandre un engrais

1.4.2.7 - Analyses chimiques

On peut rendre radioactif un des composants d'un échantillon en le soumettant à l'action d'un flux de neutrons sorti d'un réacteur. La grande sensibilité  des détecteurs permet alors une analyse très fine, sans autres manipulations. On peut aussi analyser un échantillon en le disposant sur le parcours d'un faisceau de rayonnement en étudiant les modifications subies par ce faisceau après qu'il ait traversé l'échantillon.

1.4.2.8 - Sidérurgie-métallurgie

Quelques mesures et contrôles effectués en sidérurgie font appel aux radiotraceurs ; par exemple :

- contrôle de la solidification de l'acier à la coulée continue : utilisation d'or 198

- contrôle du temps de passage des gaz dans les hauts-fourneaux ; traçage des gaz au moyen de xénon 133 (quelques mCi) ;

- établissement de cartes de température à l'intérieur des hauts-fourneaux également au moyen de xénon 133 (quelques mCi).

1.4.2.9 -  Pétrochimie

Les pétroliers recourent à l'emploi de radioéléments pour effectuer différentes opérations de contrôle telles que :

- contrôle des mélanges : en ajoutant un radioélément à un des composants  d'un mélange, l'obtention d'une activité uniforme après mélange correspond à une bonne homogénéité de celui-ci ;

- contrôle de la pureté des dérivés obtenus par distillation ;

- contrôle de l'étanchéité des réservoirs, des tuyauteries...

1.4.2.10 - Industrie textile

L'étirage des fibres de laine nécessite de leur imprimer un mouvement très régulier. On vérifie cette régularité en imprégnant les fibres avec de l'acide phosphorique marqué au phosphore 32.

Pour les filer, les fibres doivent être enduites d'une couche mince d'oléate de sodium. Le marquage de l'oléate au moyen de radiosodium permet de vérifier l'uniformité de cette pellicule.

A la sortie des filières, les fils synthétiques sont recouverts d'un liquide appelé ensimeur destiné à faciliter les diverses opérations ultérieures. Pour en contrôler la répartition, on marque l'ensimeur à l'iode 131.

De nombreux radiotraceurs sont également utilisés dans l'industrie de la teinture.

1.4.2.11 - Irradiateur

C'est le domaine de la chimie sous rayonnement : prévulcanisation du latex, cuisson de peintures par irradiation b , réticulation de macromolécules.

Des sources b  ou  g   peuvent aussi être utilisées pour la stérilisation d'instruments chirurgicaux et de matériel hospitalier à usage unique : les rayonnements agissant à température ambiante, pénétrant bien la matière, et ayant un pouvoir bactéricide, permettant de traiter des matériels fragiles et bon marché (en matières plastiques notamment) dans leur emballage définitif: seringues, doigtiers, sondes...

L'irradiation est enfin utilisée dans le domaine de la conservation des denrées alimentaires : ainsi, la germination des pommes de terre, même stockées à température ambiante, peut être inhibée en les soumettant, aussitôt après leur récolte, à un rayonnement . Cette technique, qui peut être utilisée avec d'autres denrées (céréales, oeufs, viandes...) pour détruire des micro-organismes ou des insectes qu'elles peuvent contenir, semble toutefois assez peu répandue car elle nécessite de gros irradiateurs (onéreux) et se heurte à certaines réticences dans l'opinion publique (innocuité du traitement).

De telles installations peuvent utiliser des sources dépassant le million de curies.

1.4.2.12 - Applications diverses

Éliminateurs d'électricité statique

Les charges électrostatiques qui apparaissent, notamment en atmosphère sèche, sur les corps isolants (papiers, tissus, hydrocarbures...) à la suite de contacts ou frottements avec un autre corps (qu'il soit isolant ou conducteur) peuvent être éliminées (déchargées) selon deux voies différentes. L'une est constituée par l'isolant lui-même dont on réduit la résistivité en y incorporant des agents antistatiques (ce qui favorise l'écoulement des charges à mesure de leur formation). L'autre est constituée par l'air ambiant qui, au voisinage du corps isolant, est ionisé soit par des éliminateurs à induction ou à haute tension (éliminateurs à pointes), soit par des éliminateurs radioactifs.

Ces derniers sont en particulier utilisés pour la décharge de nappes en défilement continu. Ils se présentent sous forme d'un ruban constitué par un radio-isotope disposé dans un cadre en auge. On ne trouve que des émetteurs a  (américium ou polonium) qui ionisent l'air sur une couche de quelques centimètres autour de l'éliminateur. Par rapport aux autres appareils, les éliminateurs radioactifs présentent un intérêt particulier dans les locaux où une atmosphère explosive est susceptible de s'établir.

Paratonnerres

L'emploi des paratonnerres radioactifs, qui ionisent l'air en permanence autour de leur pointe, est très répandu, bien que l'arrêté du 11 octobre 1983, applicable depuis le 1er janvier 1987, en interdise fabrication et commercialisation.

Détecteurs ioniques de fumées

L'utilisation de sources  a  (Américium), à l'intérieur de la chambre de détection, permet de repérer rapidement l'émission d'aérosols, contenus dans les fumées d'incendie.