Risque radiologique et nucléaire : notions de base et vue d’ensemble

1. Risque radiologique et nucléaire : notions de base et vue d’ensemble D. CHAMPION – Directeur de l’environnement et de l’intervention 12 janvier 2005

2. PLAN • Notions de base sur la radioactivité et les effets des rayonnements ionisants • Les sources naturelles et artificielles de radioactivité et de rayonnements ionisants • Le risque nucléaire accidentel et l’approche de sûreté • L’exposition des personnes aux sources de rayonnements ionisants • Organisation du contrôle et de l’expertise du risque radiologique et nucléaire en France

3. Rayonnement alpha Rayonnement bêta Rayonnement gamma Emission  : noyau d’hélium constitué de 2 protons et de 2 neutrons Emission  : particule de faible masse de charge négative (électron) ou positive (positon) Emission  : rayonnement électromagnétique (photon) de forte énergie (très faible longueur d’onde) La radioactivité Transformation spontané du noyau d’un isotope instable, appelé radionucléide, vers un état plus stable, avec émission d’énergie sous forme de rayonnements ionisants Les rayonnements ionisants sont très énergétiques ( keV – MeV) et ont la propriété d’ioniser (perte d’électron) les atomes de la matière qu’ils traversent

4. Décroissance radioactive : diminution de l’activité d’une substance radioactive au fil du temps, du fait de l’appauvrissement en radionucléides La période radioactive (T) est le temps nécessaire pour que l’activité initiale (A0) d’une substance radioactive soit réduite de moitié T est une grandeur caractéristique de chaque radionucléide Activité et décroissance radioactive • Activité d’une substance radioactive : nombre de désintégrations de radionucléides par unité de temps • Unité : le becquerel (Bq) – 1 Bq = 1 désintégration par seconde • Unités dérivées : activité rapportée à la masse (Bq/kg), au volume (Bq/m3 ou Bq/l), à la surface (Bq/m2)

5. Les filiations radioactives Filiation radioactive : succession de transformations d’un isotope père en un isotope fils radioactif, jusqu’à obtention d’un noyau stable Famille de l’uranium 238

6. Elément fissile : isotope d’un atome lourd ayant la propriété de générer une fission nucléaire sous l’effet de neutrons • Uranium 235 (235U) – naturel • Plutonium 239 (239Pu) – artificiel • Propriété de la fission nucléaire : possibilité de faire des réactions en chaîne • Réacteur naturel d’Oklo (Gabon) • Bombes nucléaires (Hiroshima (U) et Nagasaki (Pu)) • Réacteurs nucléaires (électrogènes, recherche) La fission nucléaire Fission nucléaire : division d’un noyau d’atome lourd en deux ou plusieurs noyaux plus légers, sous l’effet d’un flux de neutrons, avec émission d’énergie et de plusieurs neutrons

7. Interaction des rayonnements ionisants avec la matière • Pouvoir de pénétration des rayonnements ionisants dans la matière : • Rayonnement a : très faiblement pénétrant • Rayonnement b : faiblement pénétrant • Rayonnement g : fortement pénétrant • Neutrons : fortement pénétrant (selon énergie) • Transfert d’énergie dans la matière : notion de dose absorbée • Transfert d’énergie : dépôt de l’énergie du rayonnement dans la matière traversée • Dose absorbée : énergie déposée par unité de masse • Unité : le gray (Gy) – 1 Gy équivaut à 1 joule par kilogramme • Débit de dose : dose absorbée par unité de temps (Gy/s)

8. Effets biologiques des rayonnements ionisants • Altération des tissus irradiés : le dépôt d’énergie d’un rayonnement ionisant dans des tissus vivants est susceptible d’altérer les composants moléculaires (radicaux libres, ruptures d’ADN) des cellules, provoquant des effets biologiques : • A forte dose et débit de dose : effets déterministes (dommages cellulaires et tissulaires apparaissant à partir d’un seuil de dose et dont la gravité dépend de la dose) • A faible dose : effets stochastiques (facteur de risque d’apparition d’un cancer, dont la gravité ne dépend pas de la dose) • Les principaux facteurs influençant les effets biologiques : • La dose absorbée (en Gy) et sa distribution dans le corps • Les caractéristiques du rayonnement ionisant (a/b/g/n ; énergie transportée) • La sensibilité relative des différents tissus irradiés • Indicateur du risque d’effet stochastique : • Dose efficace : dose absorbée par une personne, pondérée en fonction de la qualité du rayonnement et du type de tissus irradiés • Unité : le sievert (Sv) – Débit de dose efficace : Sv/s

9. Sources d’origine naturelle • Production d’énergie nucléaire : le cycle du combustible nucléaire • Utilisation diffuse de sources radioactives (industrie/médecine/recherche) • Retombées atmosphériques globales de radionucléides • Sites contaminés par des activités anciennes – Cas particulier de l’industrie du radium Les sources de radioactivité et de rayonnements ionisants • Transport des matières radioactives : environ 300 000 colis transportés annuellement sur le territoire (pour 2/3 : usage médical, pharmaceutique et industriel) • Activités nucléaires intéressant la Défense : armement nucléaire, propulsion nucléaire (sous-marins, porte-avions)… • Activités non nucléaires tendant à renforcer la radioactivité naturelle : thermalisme, extraction de matières premières, cendres de combustion…

10. Les accidents de réactivité impliquant des matières fissiles (ou accidents de criticité) : • Une soixantaine d’accidents connus depuis 1945 : aux USA et en ex. URSS – 1 accident en Europe (Grande-Bretagne) • Cas des réacteurs nucléaires (électrogène ou de recherche) : perte de contrôle de la réaction en chaîne d’un réacteur – Exemple : Tchernobyl 1986 • Cas des usines du cycle du combustible : mauvaise gestion des matières fissiles (quantités présentes en un lieu et géométrie) – Exemple : accident de Tokaï Mura 1999 Les accidents de perte de refroidissement du réacteur : endommagement du combustible puis fusion du cœur – exemple : Three Misles Island 1979 Le risque nucléaire accidentelle Principaux types de situations accidentelles

11. Usine de Tokaï Mura - Japon Démolition de maisons contaminées à Goiania - Brésil Symptômes d’irradiation aiguë après contact d’une source de forte activité - Goiania - Brésil Le risque nucléaire accidentel (2) • Les accidents de perte de confinement des matières radioactives : • Incendie dans une installation nucléaire (ex. : Tokaï Mura 1997) • Incinération d’une source radioactive (ex. : Algésiras 1997) • Perte ou abandon , détérioration d’une source scellée de forte activité (ex. : Goiania 1987)

12. Limitation des conséquences radiologiques pour les populations en cas de rejets importants Limitation des dégradations de l’installation et des conséquences en cas d’accident grave Détection et maîtrise des défaillances dans l’installation Maintien dans le domaine normal de fonctionnement Régulation & contrôles périodiques Systèmes de sauvegarde et procédures de conduite accidentelle Procédures de conduite accidentelle complémentaires & Plan d’urgence interne Plans d’intervention d’urgence à l’extérieur du site Prévenir et limiter les conséquences d’un accident : la sûreté nucléaire Le concept de défense en profondeur Prévention des défaillances Conception robuste Qualité de construction

13. Source diffuse Contamination externe Source ponctuelle Les voies d’exposition des personnes aux rayonnements ionisants Irradiation externe

14. Air ambiant contaminé Contamination par inhalation Contamination par ingestion Aliments contaminés Les voies d’exposition des personnes aux rayonnements ionisants Contamination interne

15. Sur les lieux de travail où se trouvent les sources de rayonnement : • En France, environ 250 000 travailleurs potentiellement exposés, dont près de 70 000 dans l’industrie nucléaire • Surveillance dosimétrique spécifique des travailleurs et suivi médical périodique • Mesures de protection sur les lieux de travail (optimisation et limitation des doses) • Dans le cadre d’une exposition à des fins médicales : • Diagnostic (radiologie, traçage radioactif pour exploration fonctionnelle, scintigraphie) • Thérapie (radiothérapie, curiethérapie, etc.) Les circonstances de l’exposition

16. Les circonstances de l’exposition (2) • Dans l’environnement des activités nucléaires (population générale) : • Évaluation des doses fondée sur la connaissance des caractéristiques de la source d’émission et la modélisation des différentes voies de transfert jusqu’à l’homme. Mesures directes sur l’homme rarement pertinentes, sauf en situation post-accidentelles

17. Contribution relative moyenne des différentes sources

18. Autorités de sûreté Demande d’évaluation Avis DSND Autorisation/réglementation/contrôle Demandes d’autorisation et dossiers de sûreté Echanges techniques Exploitant d’une activité nucléaire [Concepteurs / Constructeurs] Organisation du contrôle et de l’expertise autour des activités nucléaires Expertise et recherche FIN

19. Rayonnement cosmique      Chaîne alimentaire               Radon                             Rayonnement tellurique Les sources de radioactivité et de rayonnements ionisants Sources d’origine naturelle

20. Carte du rayonnement naturel ambiant Moyenne du débit de dose mesuré par le réseau TELERAY

21. Activité volumique du radon dans l’habitat Moyennes arithmétiques départementales en Bq.m-3 0 – 50 51 – 100 101 – 150 > 150 Carte des concentrations du radon dans l’habitat

22. COMURHEX EURODIF Centrale nucléaire EDF Concentré d’oxyde d’uranium Autunite Site minier Le cycle du combustible nucléaire

23. GRAVELINES PENLY PALUEL CHOOZ LA HAGUE CATTENOM FLAMANV ILLE SACLAY FONTENAY NOGENT AUBE DAMPIERRRE FESSENHEIM St- LAURENT CHINON BELLEVILLE VALDUC REP REACTEURS CIVAUX 900 Mwe 1300 Mwe 1400 Mwe EN EXPLOITATION BUGEY (EN ROUGE) LABO/USINES GRENOBLE LE BLAYAIS St- ALBAN ROMANS PIERRELATTE CRUAS TRICASTIN GOLFECH MARCOULE CADARACHE Carte d’implantation des installations nucléaires de base

24. UTILISATIONS RADIONUCLÉIDES ACTIVITÉ 25% 45% 20% 10% GBq TBq MBq Utilisation diffuse des sources radioactives 30 000 sources scellées utilisées en France

25. Utilisation de radionucléides sous forme de sources non scellées Suivi de l’activité de l’iode 131 dans le réseau d’assainissement de Toulouse

26. Tir atmosphérique – Nevada - USA Les retombées atmosphériques globales de 1959 à nos jours Activité volumique du césium 137 particulaire dans l’air, mesurée par le réseau d’observation OPERA Ces aérosols radioactifs sont retombés au sol, soit par voie sèche, soit par voie humide, laissant un marquage des sols plus ou moins persistant

27. Extraction du radium 1898 – Découverte du radium Pechblende Cigarettes Cadrans lumineux Paratonnerres Usages médicaux Usages cosmétiques Les usages anciens du radium Découverte et extraction du radium 226