On doit la découverte de la radioactivité au mauvais temps. Le physicien français Henri Becquerel tentait d’étudier la fluorescence, un phénomène par lequel certains matériaux brillent lorsqu’ils sont exposés à la lumière du soleil, mais les jours couverts contrariaient ses expériences et il enveloppa donc ses sels d’uranium fluorescents dans un tissu et les laissa dans un tiroir, avec une plaque photographique et une croix de cuivre. Ce simple accident fortuit, en 1896, a révélé l’existence de la radioactivité, un phénomène qui a ouvert une fenêtre sur le monde subatomique et donné le coup d’envoi de la révolution nucléaire.
Comprendre la radioactivité
Quand il est finalement allé chercher les sels, Becquerel a constaté qu’une image de la croix était apparue sur la plaque photographique – alors que les sels n’avaient pas été exposés à la lumière.
« Je suis maintenant convaincu que les sels d’uranium produisent un rayonnement invisible, même lorsqu’ils ont été conservés dans l’obscurité », écrit-il après avoir mené d’autres expériences.
La doctorante de Becquerel, Marie Curie, a étudié la question avec son mari Pierre et ils ont réalisé que l’effet n’avait rien à voir avec la fluorescence, découvrant plutôt que certains matériaux émettent naturellement un flux constant d’énergie. Ils ont inventé le terme « radioactivité » et ont également découvert deux nouveaux éléments radioactifs : le polonium et le radium. Pour ce travail profond et passionnant, Becquerel et les Curie ont reçu le prix Nobel de physique en 1903.
Les physiciens Ernest Rutherford et Frederick Soddy ont approfondi leurs recherches et ont découvert que de minuscules quantités de matière contiennent d’énormes réserves d’énergie. Ils ont également réalisé que dans le processus de désintégration radioactive, un élément peut se transformer en un autre – un atome d’uranium peut se transformer (via quelques étapes intermédiaires) en un atome de plomb.
Dans le monde entier, les gens supposaient que ces matériaux miraculeusement énergétiques pouvaient être utilisés à bon escient. Jusque dans les années 1920, de nombreux fabricants de laxatifs et de dentifrices ont fièrement garni leurs produits de thorium radioactif, et les substances radioactives n’ont été interdites dans les produits de consommation aux États-Unis qu’en 1938.
Comment fonctionne la radioactivité ?
Aujourd’hui, nous avons une compréhension beaucoup plus complète de ce qu’est la radioactivité, comment elle peut être dangereuse et comment nous pouvons l’utiliser.
Voici un récapitulatif de base : imaginez un atome, composé d’un nuage d’électrons autour d’un noyau central où s’entassent des particules appelées neutrons et protons. Certains arrangements de protons et de neutrons sont plus stables que d’autres ; s’il y a trop de neutrons par rapport aux protons, le noyau devient instable et se désintègre. Cette désintégration libère un rayonnement nucléaire sous forme de particules alpha, de particules bêta et de rayonnement gamma.
Une particule alpha emporte deux protons et deux neutrons, et comme un élément est défini par son nombre de protons, l’atome parent devient un tout nouvel élément lorsqu’une particule alpha est émise. Dans la désintégration bêta, un neutron se transforme en un proton et un électron, et l’électron s’échappe à grande vitesse, laissant derrière lui un proton supplémentaire et donnant à nouveau naissance à un atome d’un élément différent. En plus de l’une ou l’autre des particules ci-dessus, les noyaux en désintégration peuvent également produire des rayons gamma : un rayonnement électromagnétique de haute énergie.
Quels sont les effets sur la santé ?
Comme Becquerel et les Curies l’ont découvert, la radioactivité est un phénomène naturel. De nombreux minéraux de la Terre émettent un filet de rayonnement lent et régulier, l’air que nous respirons contient des gaz radioactifs, et même les aliments et notre corps contiennent un petit pourcentage d’atomes radioactifs comme le potassium 40 et le carbone 14. La Terre reçoit également des rayonnements du Soleil et des rayons cosmiques de haute énergie. Ces sources créent un niveau naturel mais inévitable de rayonnement de fond. De nombreuses sources artificielles s’y ajoutent, notamment les procédures médicales telles que les rayons X, les détecteurs de fumée, les matériaux de construction et les combustibles.
Nous ne sommes généralement pas affectés par les sources de rayonnement de fond de faible niveau, car l’étendue des dommages dépend de la durée et du niveau d’exposition. Les rayonnements peuvent endommager la chimie interne du corps, rompre les liaisons chimiques dans nos tissus, tuer les cellules et endommager l’ADN, ce qui peut entraîner un cancer. A très haute dose, les radiations peuvent provoquer des maladies et la mort en quelques heures.
Maîtriser l’énergie nucléaire
Les effets de la radioactivité ont été ressentis à une échelle encore plus grande avec la fusion de centrales nucléaires au cours de l’histoire. Le processus radioactif de fission est exploité depuis plusieurs décennies pour produire de l’électricité : le noyau d’un atome est divisé, créant au moins deux noyaux « filles » et libérant de l’énergie sous forme de chaleur. Cette chaleur est utilisée pour faire bouillir de l’eau et créer de la vapeur, ce qui fait tourner une turbine et produit de l’électricité. Malheureusement, ce n’est pas un processus propre – il produit des déchets radioactifs qu’il est difficile d’éliminer en toute sécurité, et dans des cas extrêmes, les réactions peuvent devenir incontrôlables, comme la catastrophe déclenchée par un tremblement de terre à la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi en 2011.
Un autre processus radioactif pourrait fournir un moyen sûr de générer de l’énergie propre : la fusion. Contrairement à la fission, la fusion consiste à réunir deux noyaux atomiques. Ce processus libère également de l’énergie – c’est le processus exact qui se produit dans le Soleil et d’autres étoiles – mais la fusion nécessite des températures et des pressions extrêmement élevées, qui sont coûteuses et difficiles à recréer sur Terre.
Un long chemin à parcourir
Becquerel est mort 12 ans après sa découverte initiale, à 54 ans, avec des brûlures et des cicatrices probablement dues à la manipulation de matériaux radioactifs, et Marie Curie est morte plusieurs décennies plus tard d’une leucémie. Les radiations tuaient probablement lentement Pierre Curie aussi, bien qu’il soit difficile de le savoir car il a été mortellement renversé par une voiture en 1906.
Aujourd’hui, notre meilleure compréhension de la radioactivité nous permet de l’utiliser de manière beaucoup plus sûre. Les accidents avec des matériaux radioactifs ont diminué en fréquence et produisent moins de décès grâce à des mesures de sécurité strictes et des réponses d’urgence approfondies. Lors de la dernière catastrophe nucléaire de Fukushima, aucun décès n’a résulté de l’exposition aux radiations – mais il reste encore beaucoup de chemin à parcourir avant de pouvoir exploiter en toute sécurité l’immense puissance brute de la radioactivité.