Sources :
- U.S. Arms Control and Disarmament Agency, Projet Gutemberg
I Introduction
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Actuellement, nos connaissances concernant l’armement thermonucléaire semblent très avancées, mais il n’en va pas de même des conséquences physiques et biologiques d’une guerre nucléaire. Les études précédentes tendaient à se focaliser sur les retombées radioactives d’une telle guerre. Récemment, il a été établi qu’au cours d’une guerre nucléaire à grande échelle, (10000 mégatonnes d’explosions), 30 à 70% de la couche d’ozone serait détruit dans l’hémisphère Nord (centre probable du conflit), ainsi que 20 à 40% dans l’hémisphère sud. Une régénération de cette couche prendrait probablement 3 à 10 ans, mais un changement global à long terme ne peut pas être écarté.
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La réduction de la concentration en ozone pourrait avoir un certain nombre de conséquences en dehors des zones touchées par les impacts : brûlures dues à une augmentation de l’intensité des ultraviolets, aveuglement dans les régions enneigées, etc. Aussi étrange que cela paraisse, l’augmentation des radiations ultraviolettes pourrait être accompagnée d’une baisse de la température moyenne. Les changements les plus importants ayant lieu aux plus hautes latitudes, où la production agricole dépend du nombre de journées au-dessus de zéro, ainsi que d’autres facteurs liés à la température. Il est supposé qu’un rafraîchissement de seulement un degré suffirait à éliminer la production de blé du Canada.
II Mécanismes des explosions nucléaires
Au cours d’une explosion nucléaire, prêt de 90% de l’énergie est relâchée en moins d’un millionième de seconde. Il s’agit principalement d’une vague de chaleur et d’une onde de choc, qui produisent les dégâts les plus impressionnants.
Si l’on compare la destruction immédiate colossale dans la zone touchée aux effets moins visibles à longs termes issus des 10% restant, ces derniers peuvent sembler contingents. Mais la dimension spectaculaire de la catastrophe initiale ne doivent pas occulter les effets secondaires d’une guerre nucléaire.
Quand une arme est déclenchée à la surface ou à basse altitude, la vague de chaleur vaporise les matériaux de la bombe, la cible, les structures alentours, le sol et les rochers environnants, tout cela étant entraîné dans une boule de feu en expansion, à l’élévation rapide. Alors que la boule de feu s’élève, elle s’étend et se refroidit en produisant le champignon distinctif qui fait la signature des explosions nucléaires.
L’altitude atteinte par le nuage dépend de la force de l’explosion. Pour une puissance inférieure à 30 kilotonnes, le nuage restera dans la basse atmosphère et ses effets seront entièrement locaux. Mais quand la puissance excède 30 kilotonnes, une partie du nuage sera envoyée dans la stratosphère, à plus 11km d’altitude. Pour une charge de 2 à 5 mégatonnes ou plus, l’intégralité du nuage de débris radioactifs et de fine poussière sera envoyé dans la stratosphère. Les matériaux les plus lourds atteindront la limite inférieure de celle-ci et retomberont assez vite. Mais les particules les plus légères vont pénétrer beaucoup plus loin, à des altitudes supérieures à 20 km, et y rester pour des mois, voire des années. Les courants stratosphériques se chargeront ensuite de la diffusion de ces matériaux à travers le monde.
III Retombées radioactives
Les retombées locales et mondiales dépendent d’un ensemble de facteurs tels que le type de l’arme, sa puissance, l’altitude et la latitude de la détonation, le moment dans l’année, et les conditions climatiques locales.
Toutes les armes nucléaires actuelles nécessitent la séparation des éléments lourds comme l’uranium et le plutonium. L’énergie relâchée par le processus de fission est des millions de fois plus grand, à poids équivalent, que la réaction chimique dégageant le plus d’énergie. La plus petite arme nucléaire, de l’ordre du kilotonne, se base uniquement sur l’énergie relâchée dans le processus de fission, comme les premières bombes qui dévastèrent Hiroshima et Nagasaki en 1945. Les charges nucléaires plus importantes dérivent une partie substantielle de leur force explosive de la fusion de formes lourdes de l’hydrogène (deutérium et tritium). Comme il n’y a virtuellement pas de limite au volume des matériaux de fusion dans une arme, et ces matériaux étant moins coûteux que les matières fissiles, l’utilisation de la fusion dans les armes thermonucléaires "bombes H" a apporté une augmentation radicale du pouvoir de destruction. Néanmoins, le processus de fission est toujours nécessaire pour atteindre les conditions de haute température et pression nécessaires au déclenchement de la réaction de fusion de l’hydrogène. Ainsi, toute détonation nucléaire produit des fragments radioactifs de fission d’éléments lourds, ajoutant un élément de radiation dans le processus de fusion.
Les fragments de la fission d’éléments lourds les plus importants sont les radioéléments (atomes radioactifs) qui se dégradent en émettant des particules gamma. La période (durée de demi-vie) de ces éléments peut aller de quelques jours à plusieurs milliers d’années. Un facteur important dans la contamination, est le fait que ces particules pénètrent dans le corps par la respiration, l’alimentation, etc. et s’intègrent dans les tissus. Si cela se produit, les risques de dommages biologiques par les radiations ionisantes sont multipliés.
La menace la plus sérieuse est probablement celle du Césium 137, un émetteur de radiations gamma avec une période de 30 ans. C’est une source de radiation majeure dans les retombées nucléaires, et comme il joue un rôle dans la chimie du potassium, il est facilement absorbé dans le sang des animaux et des humains et peut être incorporé aux tissus.
D’autres contaminants sont le Strontium 90, avec une période de 28 ans, et l’Iode 131 avec une période de seulement 8 jours. Le Strontium 90 suit la chimie du calcium, il est ainsi incorporé dans les os et les dents, spécialement chez les jeunes enfants qui ont reçu du lait de vaches ayant absorbé des fourrages contaminés. L’iode 131 est une menace similaire pour les enfants à cause de sa concentration dans la glande thyroïde. En addition, le Plutonium 239, fréquemment utilisé dans les explosifs nucléaires est assimilable dans les os comme le Strontium 90, il peut aussi se loger dans les poumons où il ses radiations locales intenses peuvent causer des cancers ou d’autres dommages. Il se dégrade en émettant des radiations alpha (noyau d’hélium) et possède une période de 24 000 ans.
Suite à l’extension de la puissance explosive par la fusion de l’hydrogène, deux autres radioéléments : le Tritium ayant une période de 12 ans et émettant des radiations bêta, et le Carbone 14 émettant les même radiations, mais avec une période de 5730 ans. Tous deux s’intègre facilement dans le cycle alimentaire et s’incorporent à la matière organique.
Deux types de dommages par radiation peuvent se produire :
A Retombées locales
La plupart des risques par radiation issus de l’explosion nucléaire viennent des radioéléments à courte durée de vie, extérieurs au corps. Ceux-ci sont généralement confinés dans la zone sous le vent par rapport au point d’explosion. Ces risques viennent de fragments de fission qui ont des périodes allant de la demi-seconde à quelque mois, et sont issus du sol ou d’autres matériaux à proximité, rendus radioactifs par le flux de neutron intense des réactions de fusion et de fission.
Il a été estimé qu’une arme avec une puissance de un mégatonne explosant au niveau du sol, avec un vent de 25 km/h, produirait des retombées s’étendant dans une ellipse longue de plusieurs centaines de kilomètre en aval du point d’explosion par rapport au vent. A une distance de trente à quarante kilomètres sous le vent, une dose de radiation mortelle (600 rads) serait accumulée par une personne sans protection en 25 minutes après le début des retombées. A une distance de soixante-cinq à soixante-quinze kilomètres, une personne aurait au plus trois heures après le début des retombées pour trouver un abri. Des doses considérablement moindres de radiation suffiraient à rendre les gens sérieusement malades. Ainsi, les chances de survie des personnes immédiatement sous le vent par rapport au point d’explosion seraient maigres, à moins qu’elles puissent être abritées ou évacuées.
Il a été estimé qu’une attaque sur les centres de population américains par une centaine d’armes à fission de un mégatonne tuerait jusqu'à 20% de la population immédiatement par suite du souffle, de la chaleur, du choc terrestre, et des radiations immédiates (neutrons et rayons gammas). Une attaque avec un millier de ces armes détruirait immédiatement presque la moitié de la population américaine. Ces chiffres ne tiennent pas comptent des morts additionnelles par le feu, le manque de soins, la famine ou les retombées radioactives douchant le sol en aval des points d’impact.
La plus grosse proportion des radioéléments produits par la bombe se décompose rapidement. Quand bien même, au-delà du rayon de souffle, il y aurait des zones "chaudes" où les survivants ne pourraient pas entrer à cause de la contamination radioactive par des isotopes à longue durée de vie comme le Strontium 90 ou le Césium 137 qui peuvent se concentrer dans la chaîne alimentaire et s’intégrer au corps humain. Les dommages seraient internes, avec des effets graves apparaissant au fil des ans. Pour les survivants, le risque prolongé d’irradiation peut représenter une grave menace pendant un à cinq ans après l’attaque.
B Effets mondiaux des retombées
La plupart des connaissances sur la production et la distribution de radioéléments est dérivée de la période d’essais nucléaires intensifs dans les années cinquante et le début des années soixante. On estime que plus de cinq cents mégatonnes de charges nucléaires ont été mises à feu dans l’atmosphère entre 1945 et 1971, la moitié étant de la puissance étant libérée par des réactions de fission. Un pic a été atteint entre 1961 et 1962 avec un total de trois cent quarante mégatonnes déclenchées dans l’atmosphère par les USA et l’URSS. Le traité de limitation sur le nucléaire de 1963 mit fin aux tests à l’air libre pour les USA, le Royaume Uni, et l’URSS. Les deux principaux absents lors des signatures : la Chine et la France, ont continué leurs essais nucléaires à un rythme de cinq mégatonnes par an, en sous-sol pour la France.
Un scientifique du comité de l’ONU a estimé que la dose de radiation accumulée pour la population mondiale d’ici l’an 2000 résultant des tests en 1970 est l’équivalent de deux ans d’exposition à des radiations naturelles à la surface de la terre. Pour le gros de la population mondiale, les doses de radiation internes et externes d’origine naturelle se montent à moins de 1/10e de RAD annuellement. Ainsi, les tests nucléaires jusqu’ici ne semblent pas poser une menace par radiation importante, de façon globale. Il n’en irait pas de même pour une guerre relâchant dix ou cent fois la puissance totale de toutes les précédentes armes testées.
Les effets biologiques de toute forme de radiation ionisante ont été calculés principalement par la National Academy of Science. Si l’on se base sur leurs calculs, les retombées pour les cinq cents mégatonnes de tests en 1970° vont produire entre deux et vingt-cinq cas de maladies génétiques par million de naissances viables dans les générations suivantes. Cela revient à dire que trois à cinquante personnes par milliard de naissance dans les générations suivant les tests auront des dommages génétiques pour chaque mégatonne de puissance utilisée. Avec une incertitude similaire, il est possible d’estimer que l’induction de cas de cancer irait de soixante-quinze à trois cents par mégatonne pour un milliard d’individus dans les générations suivant les tests.
Si l’on applique ce cadre schématique à une guerre nucléaire à grande échelle dans laquelle dix mille mégatonnes de puissance nucléaire sont utilisés, les effets sur une population mondiale de cinq milliards d’êtres humains semblent énormes. Sans tenir compte des incertitudes liées à la dynamique d’une guerre nucléaire possible, les cancers induits par radiations et les dommages génétiques toucheraient dans une période de trente ans de 1,5 à 30 millions d’individus, soit 0,5% à 15% du taux de mort par cancer en temps de paix dans les pays développés.
IV Altération globale de l'environnement
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Une guerre nucléaire impliquerait une telle élévation brève et concentrée d’énergie à haute température qu’il est nécessaire de considérer un certain nombre d’effets potentiels sur l’environnement. Il est vrai que l’énergie des armes nucléaires est faible comparée à de nombreux autres phénomènes. Un ouragan peut avoir la puissance de millions de bombes H. Mais l’énergie dégagée, même par les pires tempêtes est diffuse : elle se disperse sur des zones étendues, et la différence entre une zone orageuse et les régions environnantes est relativement faible. Les explosions nucléaires sont tout à l’opposé : très concentrées avec des températures de plusieurs millions de degrés Celsius. Parce qu’elles sont très différentes des processus naturels, il est nécessaire d’examiner leur potentiel à altérer l’environnement dans différents contextes. |
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A Poussière en haute altitude
Il a été estimé qu’une guerre ayant vu exploser dix mille mégatonnes, dont la moitié au niveau du sol soulèverait vingt-cinq milliards de mètres cubes de roche et de sol ainsi qu’une quantité substantielle de poussière et de particules dans la stratosphère. C’est à peu près deux fois le volume de matériaux rejetés par le volcan indonésien Krakatoa dont l’explosion en 1883 fut la plus puissante jamais enregistrée sur terre. Les couchers de soleil à travers le monde furent notablement rougis pendant quelques années, indiquant les grandes quantités de poussière volcanique étant entrées dans la stratosphère.
Des études ultérieures sur les grosses explosions volcaniques comme le Mt Agung sur Bali en 1963 ont soulevé la possibilité qu’une introduction de poussière en grande quantité dans la stratosphère réduirait l’intensité solaire et la température à la surface, en augmentant l’absorption de chaleur dans la haute atmosphère.
Les changements mineurs dans la température et la lumière solaire pourrait affecter les récoltes. Néanmoins, aucun changement catastrophique n’a résulté d’explosions volcaniques, il est ainsi peu probable que l’injection massive de particules dans la stratosphère par un conflit à dix mille mégatonnes puisse entraîner en lui-même des changements climatiques importants.
B Ozone
Plus inquiétant, il y a les effets potentiels d’explosions nucléaires sur l’ozone dans la stratosphère. Les raisons sont les suivantes : tandis que l’oxygène et l’azote des couches supérieures de l’atmosphère peuvent bloquer les ultraviolets solaires dont les photons ont une longueur d’onde inférieure à 2420 angströms, l’ozone est le seul bouclier efficace contre les radiations ultraviolettes solaires dont le spectre se situe entre 2500 et 3000 A. Bien que l’ozone soit très efficace pour filtrer les UV solaires dans cette région du spectre, la partie supérieure de cette zone n’est pas toujours bloquée (entre 2800 et 3200 A), causant des coups de soleil, des cancers et un vieillissement prématuré de la peau. Les UV solaires sont aussi responsables d’aveuglements, et à forte dose, peuvent inhiber la photosynthèse des plantes, bloquer leur croissance, endommager ou détruire des bactéries, champignons, insectes, et produire des altérations génétiques.
En dépit du rôle important de l’ozone dans un environnement viable à la surface de la terre, la quantité totale d’ozone dans l’atmosphère est assez faible (3ppp). De plus, l’ozone n’est pas constituant statique ou durable de l’atmosphère. Il est continuellement crée, détruit et recrée par un processus naturel. Ainsi, la présence d’ozone à un moment donné est fonction de l’équilibre atteint entre les réactions chimiques de synthèse et de dégradation, ainsi qu’entre les radiations solaires atteignant la haute atmosphère.
Le mécanisme de production de l’ozone est l’absorption par l’oxygène d’une lumière UV à courte longueur d’onde. La molécule de dioxygène se sépare en deux atomes d’oxygène libres qui s’unissent immédiatement avec d’autres molécules de dioxygène. Cette union forme l’ozone : O3. La chaleur relâchée par la réaction de formation d’ozone est la raison pour laquelle la température s’élève avec l’altitude dans la stratosphère (douze kilomètres au-dessus de la surface minimum).
Tandis que la réaction chimique naturelle produit environ 4500 tonnes d’ozone par seconde dans la stratosphère, ceci est contrebalancé par les autres réactions naturelles dégradant l’ozone. La plus signifiante est de loin celle impliquant le monoxide d’azote NO qui sépare l’ozone en molécules. Cet effet a été découvert ces dernières années lors d’études environnementales concernant l’emploi de vols supersoniques fréquents dans la basse stratosphère. Il semblerait donc que la réaction du NO soit responsable de 50 à 70% de la destruction de l’ozone.
Dans l’environnement naturel, il y a toute une variété d’origines de la production de NO et de vecteurs pour son transport vers la stratosphère. Des bactéries dans le sol produisent du NO2 qui entre dans la basse atmosphère et se diffuse lentement dans la stratosphère où il réagit avec l’oxygène libre pour former deux molécules de NO. Un autre mécanisme pour la production de NO dans la basse atmosphère est basé sur les éclairs. Malgré le fait que la plupart du NO soit balayé par la pluie, une partie peut rejoindre la stratosphère. Des quantités supplémentaires de NO sont produites directement dans la stratosphère par les rayonnements cosmiques en provenance du soleil et de sources interstellaires.
C’est à cause du rôle de catalyseur que le NO joue dans la destruction de l’ozone qu’il est important de considérer les effets d’explosions nucléaires à forte puissance sur celle-ci. La boule de feu nucléaire et l’air entraîné à l’intérieur propagent une grande chaleur, suivi par un refroidissement rapide. Ces conditions sont idéales pour la production de quantités énormes de NO tiré de l’air. Les estimations vont jusqu'à cinq mille tonnes de NO produit par mégatonne.
Quels seraient les effets du NO conduit dans la stratosphère par une guerre nucléaire globale impliquant la détonation de dix mille mégatonnes de puissance explosive dans l’hémisphère Nord ? D’après les études récentes de l’Académie des Sciences américaine, le NO produit par les armes nucléaires pourrait réduire le niveau de l’ozone dans l’hémisphère Nord de 30 à 70%.
Pour commencer, une couche d’ozone épuisée renverrait vers la terre moins de chaleur que d’habitude, causant une chute de température pouvant affecter sérieusement l’agriculture. D’autres changements tels que de plus grosses quantités de poussière ou une végétation différente, pourraient de façon subséquente renverser la chute de température ou au contraire l’accentuer.
Plus important, la vie sur terre a évolué dans une large mesure à l’abris du bouclier d’ozone protecteur et est actuellement adaptée assez précisément à la quantité d’UV solaires qui le traversent. Pour se défendre contre ce niveau faible d’ultraviolet, les espèces ont développé des protections extérieures (plumes, fourrure, cire sur les fruits), et intérieures (mélanine dans la peau humaine, flavonoïdes dans les tissus végétaux), des stratégies d’évitement (migration du plancton à plus grande profondeur pendant la journée, recherche de l’ombre par les iguanes), et dans presque tous les organismes sauf les mammifères placentaires, des mécanismes élaborés pour réparer les dommages photochimiques.
Il est possible néanmoins, qu’une augmentation importante des UV solaires puisse dépasser les défenses de quelques ou de nombreuses formes de vie terrestres. Des dommages directs et indirects peuvent se produire parmi les bactéries, insectes plantes et autres maillons des écosystèmes dont le bien-être de l’homme dépend. Ce bouleversement, particulièrement s’il prend place après une guerre à grande échelle impliquant de nombreux autres problèmes, peut constituer une menace sérieuse supplémentaire pour le rétablissement d’une société post-nucléaire. Le rapport de l’Académie des Sciences américaine conclut qu’en 20 ans, les systèmes écologiques devraient avoir récupéré de l’augmentation en radiations ultraviolettes, mais pas nécessairement de la radioactivité ou d’autres dégâts dans les secteurs proches des zones de conflit. Néanmoins, bien que tardive, l’augmentation des cancers de la peau dans l’hémisphère Nord pourrait aller jusqu'à 30%
V Quelques conclusions
Nous avons considéré les problèmes d’une guerre nucléaire à grande échelle du point de vue des pays n‘étant pas directement attaqués, ainsi que les problèmes qu’ils pourraient rencontrer dans le redressement post-conflit. Il est vrai que la grosse partie de l’horreur et de la tragédie de la guerre nucléaire serait subie par les populations exposées aux attaques directes, qui auraient sans doute à affronter des obstacles extrêmes, sinon insurmontables pour rétablir leur propre société. Il n’est pas moins apparent par ailleurs, que d’autres nations incluant celles étrangères au conflit, pourraient souffrir grandement des dommages causés à l’environnement. Enfin, il est nécessaire de faire mention au moins brièvement des effets résultants de l’arrêt des activités économiques et des communications. Depuis 1970, une fraction croissante de la population a perdu la bataille pour l’autosuffisance en nourriture, et doit s’appuyer sur des importations massives. Un dysfonctionnement important de l’agriculture et des transports dans les pays industriels et exportateurs de céréales pourrait être désastreux pour les pays important de la nourriture, des machines agricoles, et des engrais (spécialement les pays se débattant déjà avec des problèmes de famine à grande échelle). Par ailleurs, suite à un conflit nucléaire, les puissances industrielles directement impliquées se retrouveraient en compétition pour des ressources, avec les pays aujourd’hui considérés comme sous-développés. De même, la coupure des communications internationales (satellites, câbles, et même les liaisons radio haute fréquence) peut être un obstacle majeur à l’effort de redressement international.
Dans une tentative pour modéliser les effets à long terme d’une guerre nucléaire à grande échelle, nous avons considéré de façon séparée les différents types de dommages pouvant se produire. Il est également possible néanmoins, que les interactions se produisant entre ces effets ainsi, les dégâts en s’associants entre eux pourraient produire de nouveaux types inattendus de problèmes. Par exemple, nous pouvons jauger individuellement les conséquences de retombées radioactives au niveau mondial, et celles d’une augmentation du niveau des radiations ultraviolettes solaires. Mais l’on ne sait pas si les deux agissant simultanément ne peuvent pas augmenter significativement la sensibilité des hommes, des plantes et des animaux à la maladie. En dépit de trente ans de développement et d’études, il y a encore beaucoup à apprendre, en particulier concernant les effets d’une guerre nucléaire à grande échelle.
Note 1 : Puissance des armes nucléaires
Le standard le plus usité pour mesurer la puissance d’une arme nucléaire est exprimé en équivalence avec la quantité d’explosif chimique (TNT) qui produirait la même énergie. La première arme atomique qui a rasé Hiroshima en 1945 avait une puissance de 13 kilotonnes (soit 13.000 tonnes de TNT). Pour mémoire, la plus grosse bombe lâchée pendant la 2e guerre mondiale contenait environ 10 tonnes de TNT.
Depuis Hiroshima, la puissance des armes nucléaire a beaucoup augmenté. La plus grosse détonation déclenchée en 1962 par l’Union Soviétique avait une charge de 58 mégatonnes. Un missile balistique moderne peut contenir une tête ayant une charge de 20 mégatonnes ou plus.
Même les guerres récentes ont été relativement limitées en termes de puissance de destruction totale due à des armes non-nucléaires. Un seul avion ou missile peut aujourd’hui transporter un engin nucléaire dont la force surpasse celle de toutes les bombes utilisées dans les guerres précédentes. Le nombre de bombes et de missiles nucléaires que les superpuissances possèdent actuellement dépassent le millier.
Note 2 : Type d'armes nucléaires
Les armes nucléaires peuvent être rangées en deux catégories fondamentales de réaction nucléaire :
La Fission qui implique la séparation d’éléments lourds (ex : uranium)
La Fusion qui implique la combinaison d’éléments légers (ex : hydrogène)
La fission requiert qu’un minimum de matériaux ou "masse critique" soit mis en contact pour que l’explosion nucléaire se produise. Les armes à fission les plus efficaces tendent à avoir une puissance dans la zone des dix kilotonnes. Des charges plus importantes rendent les armes incroyablement complexes et peu utilisables.
La fusion nucléaire permet la conception d’armes à la puissance virtuellement illimitée. Avec la fusion, selon la théorie atomique, quand les noyaux d’atomes légers comme l’hydrogène se rejoignent, la masse des noyaux fusionnés est plus légère que celle des deux noyaux originaux. La perte est exprimée par de l’énergie. Dans les années 30, des physiciens ont conclu qu’il s’agissait du processus qui étaient à l’origine de l’énergie du soleil et des étoiles. Mais la fusion nucléaire est restée d’un intérêt théorique jusqu’à ce que l’on découvre qu’une bombe atomique à fission pouvait être utilisée comme un déclencheur pour produire en un ou deux millionièmes de secondes, les conditions de pression et de températures nécessaires pour démarrer la réaction de fusion. La fusion permet la conception d’armes nucléaires de puissance illimitée, en utilisant des matériaux bien moins coûteux.
Note 3 : Radioactivité
Plus familiers, des éléments naturels tels que l’hydrogène, l’oxygène, l’or et le plomb sont stables et durables à moins d’être soumis à des forces extérieures. Mais tous les éléments peuvent exister sous des formes instables. Les noyaux de ces formes instables ou isotopes ont un "déséquilibre" au niveau des particules les composant et ils tendent à diminuer cette instabilité interne à travers le processus de décomposition radioactive.
Les trois modèles principaux de décomposition radioactive sont les émissions de radiations alpha, bêta et gamma.
Alpha : des noyaux instables émettent souvent des particules alpha, c’est à dire des noyaux d’hélium consistant en deux protons et deux neutrons. De loin la plus massive des particules émises, elle est aussi la plus lente, excédant rarement 1/10e de la vitesse de la lumière. En résultante, son pouvoir de pénétration est faible : elle peut habituellement être stoppée par une simple feuille de papier. Mais si un émetteur de particules alpha comme le plutonium est introduit dans le corps humain, il crée une sérieuse menace de cancer.
Bêta : une autre forme de décomposition radioactive qui consiste en l’émission d’une particule bêta ou électron. Cette particule bêta a une masse seulement de 0,7% de celle de la particule alpha, mais une vitesse équivalente à 8/10e de la vitesse de la lumière. Les particules bêta pénètrent donc plus profondément dans les tissus, et des doses de radiations bêta externes représentent une menace bien plus grande que des doses de particules alpha, plus lourdes et plus lentes. Les isotopes émettant des radiations bêta sont aussi nocifs que des émetteurs alpha si introduits dans le corps humain.
Gamma : dans certains processus de décomposition radioactive, l’émission consiste en un photon sans masse se déplaçant à la vitesse de la lumière. Les rayons gamma sont similaires aux photons des rayons X, mais bien plus pénétrants (plusieurs centimètres de béton). Elles peuvent causer de gros dommages au corps humain.
Une chose commune à ces trois types de radiations est leur capacité à ioniser les atomes neutres à travers lesquels elles passent, leur conférant une charge électrique. La particule alpha transportant une charge électrique positive attire les électrons des atomes rencontrés, tandis que les particules bêta étant chargées négativement, elles éjectent des électrons des atomes neutres. Si une radiation bêta passe suffisamment prêt d’un noyau, elle peut produire des rayons X qui iront eux-mêmes ioniser d’autres noyaux. Des radiations gammas peuvent retirer des électrons des atomes neutres, de la même manière que les rayons X, les laissant ionisés. Une seule particule de radiation peut ioniser des centaines d’atomes neutres dans le tissu, à travers de multiples collisions, avant que toute son énergie soit absorbée. Ceci interfère avec les liens chimiques pour certaines structures cellulaires d’importance critique comme le cytoplasme qui contient le code génétique de la cellule, et peut également produire des composants chimiques qui peuvent causer autant de dommages que l’irradiation initiale.
Pour des raisons pratiques, une unité de radiation appelée le "rad" a été adoptée. Elle mesure la quantité d’ionisation par unité de volume produite par les particules issues de la décomposition radioactive.
Note 4 : Période d'un radioélément
Le concept de période ou "demi-vie" est une des bases de la décomposition d’un radioélément. A l’inverse de systèmes physiques (bactéries, animaux, hommes et étoiles), il est impossible de prédire avec certitude la durée de vie d’un seul radioélément.
Néanmoins, il est possible de faire abstraction du comportement aléatoire d’un noyau individuel en traitant statistiquement de grands nombres de noyaux d’un isotope particulier. Dans le cas du thorium 232 par exemple, le processus de décomposition radioactive est si lent que 14 milliards d’années doivent s’écouler avant que la moitié de la quantité initiale de thorium 232 se soit décomposée en une configuration plus stable. Ainsi, la demi-vie de cet isotope est de 14 milliards d’années. Après l’écoulement de la seconde demi-vie (à nouveau 14 milliards d’années), seulement un quart de la quantité initiale de thorium 232 subsistera, etc.
La plupart des isotopes radioactifs de synthèse ont des périodes beaucoup plus courtes, allant de quelques secondes ou jours à des milliers d’années. Le plutonium 239, un isotope de synthèse, a une période de 24 000 ans.
Pour l’isotope le plus courant de l’uranium, le U-238, la période est de 4,5 milliards d’années… environ l’âge du système solaire. Le plus rare et fissionable des isotopes de l’uranium, le U-235 a une période de 700 millions d’années, indiquant que son abondance actuelle n’est que 1% de ce qu’elle était au moment où le système solaire est né.
Note 5 : Oxygène, ozone et radiations ultraviolettes
L’oxygène, vitale pour les créatures qui le respirent, constitue environ 20% de l’atmosphère terrestre. Il se présente occasionnellement sous la forme d’un atome solitaire à haute température, mais la plupart du temps il se combine avec un autre atome pour former une molécule de dioxygène O2. L’oxygène que l’on respire est principalement constitué de cette forme stable.
L’oxygène a aussi une troisième forme chimique dans laquelle trois atomes d’oxygène se lient ensemble en une molécule O3 appelée ozone. Bien que moins stable, bien plus rare que l’O2, et principalement confinée aux niveaux supérieurs de la stratosphère, les deux molécules jouent un rôle vital dans la protection de la terre contre certaines radiations solaires néfastes.
Les radiations les plus dangereuses se situent dans le spectre ultraviolet, invisible à l’œil nu pour les longueurs d’onde les plus courtes (sous 3000 Angström). A l’opposé des rayons X, les photons ultraviolets ne sont pas assez "puissants" pour ioniser des atomes, mais contiennent assez d’énergie pour casser certains liens chimiques dans des molécules de cellules vivantes et produire des anormalités biologiques et génétiques, comme des tumeurs et des cancers.
Heureusement, grâce à l’atmosphère terrestre, seulement quelques traces de ces ultraviolets atteignent la terre. Au moment où la lumière solaire atteint le haut de la stratosphère (45 km d’altitude environ), la plupart des radiations sur des longueurs d’ondes inférieures à 1900 A ont été absorbées par des molécules d’azote et d’oxygène. Au sein de la stratosphère elle-même, le dioxygène absorbe les UV à longueur d’onde plus élevée, jusqu’à 2420 A, et de l’ozone se forme suite à ce processus d’absorption. C’est cet ozone qui absorbe ensuite le reste des rayonnements UV, jusqu’à 3000 A, de manière à ce que la plupart des radiations solaires dangereuses sont éliminées avant d’atteindre la surface de la terre.