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Écrit par Jean-Claude Boulliard

Publication : 10 septembre 2013

Remarque préliminaire

Le texte qui suit à pour but d’être une mise en garde sur les différents risques encourus avec les minéraux et de donner quelques premières mesures de précaution élémentaires à prendre. En aucun cas il ne doit être pris comme un texte faisant force de loi. Pour des raisons de compréhension, des termes techniques ou légaux ont été adaptés. Certains chiffres sont des ordres de grandeurs et, malgré le soin apporté, des erreurs peuvent subsister (on remercie par avance les lecteurs qui nous les signaleront). En cas de besoin, le lecteur est invité à s’engager dans une démarche plus approfondie en consultant les ouvrages, les instituts spécialisés et/ou les textes de loi.

La radioactivité

La radioactivité d’une substance est l’émission de particules de fortes énergies ; les particules alpha (α), qui sont des noyaux d’hélium, les particules bêta (β) qui sont des électrons et/ou des particules gamma (γ) qui sont des photons (des particules de lumière). Comprendre les risques de la radioactivité n’est pas une chose simple. La première difficulté tient à ce que le monde de la radioactivité n’est pas toujours un monde où l’on additionne. C’est un monde où les calculs sont souvent en exponentiel, en puissance ou en logarithme. Il en résulte des situations qui ne sont pas du tout intuitives. Comment expliquer, par exemple, qu’un rayon g pénétrant dans une matière est tout d’abord peu absorbé qu’ensuite à une certaine profondeur il devient sur une petite distance presque totalement absorbé ? Comment expliquer que la radioactivité d’un corps radioactif décroît de moitié pour des durées fixes (le calcul est simple mais il est du niveau de première année d’études supérieures) ? Comment expliquer que la radioactivité contenue dans les centrales nucléaire soit considérablement plus élevée que celle de la matière initiale que l’on y a introduite ?

La seconde difficulté tient à la peur qu’engendrent les manipulations humaines qui, de la bombe atomique à Fukushima, ont démontré la dangerosité du nucléaire. Peur justifiée lorsque l’on sait que quelques milligrammes de matière à faible durée de vie (quelques jours) provoquent des irradiations mortelles rapidement. Peur moins justifiée pour les minéraux naturels qui ont une radioactivité incroyablement plus faible que des matériaux créés dans les centrales et l’industrie nucléaire. L’uranium 238, par exemple, l’isotope d’uranium le plus abondant dans la nature, perd la moitié de sa radioactivité en 4,5 milliards d’année, le thorium 232, plus abondant que l’uranium, en 14,5 milliards d’année. Pour se faire une idée de la radioactivité « artificielle », considérons le cobalt 60, utilisé en radiothérapie, qui perd la moitié de sa radioactivité en 5,27 ans. Un gramme de ce cobalt est donc (4,5 x109/5,27)x(238/60)= 3,39 milliard de fois plus radioactif que cet uranium : 1 gramme de cobalt 60 a donc autant de d’émissions que 3390 tonnes d’uranium 238.

Il y a donc deux mondes bien différents celui des risques de la radioactivité naturelle et celui de la radioactivité artificielle.

Les mesures de la radioactivité

Pour le minéralogiste amateur, il n’est pas nécessaire de comprendre les arcanes de la radioactivité. Mais il n’y a aucune raison pour demeurer passif. La principale démarche est d’évaluer la radioactivité et donc de disposer d’un appareil qui la mesure. Et ensuite de connaître la législation, faire des mesures et avoir une idée des risques. Il est assez effarant de constater le fort pourcentage de collectionneurs qui n’ont pas fait cette acquisition. Collectionneurs qui ne se privent pas cependant d’émettre leur avis sur la radioactivité.

Les mesures s’effectuent principalement en Becquerel (Bq) ou en Sievert (Sv).

Le Becquerel est le nombre de désintégration par seconde.

Le Sievert est une mesure de dose qui tient compte de l’impact (des effets biologiques) sur le corps humain ou sur un tissu biologique des différentes particules (alpha, bêta et gamma). Un Sievert correspond à une énergie transmise (en l’occurrence 1 Joule) dans un kilogramme de matière biologique. Le Joule est une unité d’énergie assez faible (il faut un peu plus de 4 Joule pour augmenter d’un degré la température d’un gramme d ‘eau). Le Sievert par contre est une unité forte compte tenu des dégâts engendrés par les radiations. Dans les cas qui nous intéressent, on parle plutôt de milliSievert (mSv) ou microSievert (μSv) soit respectivement mille fois moins et un million de fois moins qu’un Sievert. En conclusion, le sievert est la mesure de la radiotoxicité. La quantité de Sievert par Bequerel dépend de l’élément radioactif car les différents éléments radioactifs émettent des particules différentes en nature et en énergie.

Les risques liés à la radioactivité ont de deux ordres : l’exposition aux radiations et l’ingestion.

L’exposition : quelques valeurs

On fait dire à la radioactivité tout ce que l’on veut tant que l’on ne cite pas des chiffres. Connaître quelques chiffres est une démarche essentielle.

Donnons quelques valeurs : tout d’abord en Becquerel. L’eau douce naturelle dégage environ 0,0001 Bq/g, le corps humain environ 0,1Bq/g, le granite 1Bq/g et le minerai d’uranium (uraninite) de l’ordre de 10000 Bq/g. Cette dernière valeur est encore du domaine des faibles activités : comme on l’a vu, il y a dans le domaine de la radioactivité artificielle des corps 10 milliards de fois plus rayonnants. Dans l’environnement, on utilise plutôt les Becquerel par mètre cube (d’air). En France, les départements peu radioactifs ont moins de 10Bq/m3, la grande majorité moins de 100Bq/m3 et seuls 9 départements, les plus radioactifs, dépassent les 100Bq/m3.

On préfère souvent exprimer l’exposition, soit en débit de dose, en µSv/h typiquement, soit en dose annuelle en mSv/an typiquement. Si l’on considère qu’il y a 8760 heures/an, il faut être exposé en permanence à un débit de dose de 0,114 mSvt/h pour atteindre une dose de 1mSv/an. L’exposition naturelle annuelle commence vers 1 mSv pour les régions les moins radioactives, comme le Bassin Parisien, et atteint des records vers 50 mSv dans des régions du Brésil et d’Iran ou bien au Kerala (Inde). On estime que la dose annuelle moyenne mondiale se situe autour de 2,5 mSv.

Les régions qui ont les radioactivités record à 50 mSv/an ne présentent pas de pourcentage anormal de pathologies liées à la radioactivité. On estime que l’impact sur les statistiques de santé devient visible à partir de 100 mSv/an. A cette dose, selon l’Académie Américaine, 1 personne sur 100 développera un cancer à cause de l’irradiation. Pour 10 mSv/an, ce chiffre descend à 1 personne sur 1000. Sachant que 42 personnes sur 100 contracteront un cancer dû à d’autres causes. N’oublions pas cependant que nous ne sommes pas égaux devant les irradiations (et autres matières cancérigènes d’ailleurs).

La législation française donne les chiffres suivants (attention, la législation est susceptible d’évoluer et ces chiffres doivent être régulièrement vérifiés) :

• les particuliers ne doivent pas recevoir plus de 1mSv de radioactivité supplémentaire liée à l’activité humaine (sauf traitements radiothérapeutiques).

• Des mesures de radioprotection sont prises dès que le débit de dose est susceptible de dépasser 2,5μSv/h

• Les professionnels ne doivent pas recevoir plus de 20 mv de radioactivité liée à l’activité humaine (sur des moyennes de 5 ans).

Un cas particulier de radioactivité est celui lié au radon dégagé lors de la désintégration de l’uranium. Le radon est un gaz, il est donc mobile. Il est une cause d’ingestion de matière radioactive. De plus il s’accumule dans des lieux particuliers (dans les caves par exemple) qui atteignent des niveaux de radioactivité de plus en plus élevés. Les appareils de dosage du radon mesurent les Becquerel par mètre cube. Pour les lieux ouverts au public, il faut aérer le local entre 400 et 1000 Bq/m3. Au delà des mesures plus vigoureuses s’imposent.

L’exposition par les minéraux

Les expositions liées à la collection des minéraux sont faibles. Mais la mesure des doses n’est pas simple. La principale difficulté est qu’il ne faut pas confondre activité par gramme de matière radioactive et exposition. L’exposition décroît rapidement avec la distance entre le minéral et le détecteur. Les particules alpha sont totalement absorbées par une feuille de papier ou 4 à 5 cm d’air. Les particules bêta sont arrêtes par une feuille d’aluminium et jusqu’à plusieurs mètres dans l’air. Les rayons gamma sont peu absorbés, 5 cm de plomb arrête 90% des rayons gamma de l’uranium, quelques dizaines de cm de béton sont aussi efficaces. Ceci étant un corps irradie dans toutes les directions et on démontre facilement que le débit de dose décroît vite : en inverse du carré de la distance (à peu près). Prenons par exemple un minéral à peu près rond, de 10 cm de dimension. Si l’on applique le détecteur sur la surface, il n’est pas rare d’atteindre 200μSv/h en rayons gamma (avec des records à 500μSv/h). A 10 cm de la surface (3 fois la distance, D, entre le centre de la pierre et la première position) on sera autour de 9 fois moins soit 22 μSv, à 1 m (19 fois D) autour de 0,55 μSv et à 2 m (39 fois D) autour de 0,1 μSv.

On conçoit que lorsque l’on manipule des minéraux, la main reçoit les doses les plus élevées. Heureusement la sensibilité à la radioactivité n’est pas la même selon les organes et la main (comme les muscles) est parmi les parties de notre corps les moins sensibles.

L’ingestion (ingestion et inhalation)

Pour le collectionneur, l’ingestion ou l’inhalation de matière radioactive est le principal risque. Il faut le prendre au sérieux. La matière ingérée ou inhalée est particulièrement dangereuse car les particules interagissent en totalité (rayons α et β) ou au maximum (rayons γ) avec la matière biologique. Il n’y a plus d’atténuation d’exposition avec la distance. De plus la matière ingérée va demeurée dans le corps et il y a des risques d’accumulation. Pour évaluer la durée de séjour de la matière dans le corps, on utilise le temps au bout duquel la moitié de la matière ingérée est éliminée. Cette durée est très variable, certains corps chimiques s’évacuent vite d’autres restent fixés : entre quelque dizaines de jour pour l’iode et de l’ordre de 100 ans pour le plutonium (qui est produit artificiellement).

La première cause d’inhalation est celle du gaz radon qui avec ses descendants (car le radon a une durée de vie courte de quelques jours) donnent une irradiation par rayons alpha particulièrement agressive pour les poumons pendant des décennies. Selon l’organisation mondiale de la santé (aide mémoire n°291, mise à jour d’octobre 2009), le radon serait, dans de nombreux pays, la deuxième cause de cancer du poumon après le tabagisme.

Une autre cause d’inhalation (et en plus d’ingestion) est due aux poussières générées par les minéraux. Elle s’effectue par le dépôt de poussière sur la main (que l’on porte à la bouche) ou bien par les poussières dispersées dans l’air lors de manipulations ou, pour l’ingestion, par le dépôt de poussière sur la main (que l’on porte à la bouche). L’uranium est le principal constituant des minéraux de collection radioactifs. La durée pendant laquelle la moitié de l’uranium ingéré est éliminé est de 3 ans pour la zone interne des os, 10 ans pour le foie et 20 ans pour la zone externe du rein (qui est l’organe le plus sensible par une ingestion).

L’impact d’une ingestion-inhalation se mesure avec le facteur de dose qui est exprimé en Sievert par Becquerel. Ce facteur diffère selon que l’élément est inhaler ou bien ingérer ainsi que d’autres paramètres  (les valeurs ci-après doivent être pris comme des ordres de grandeurs)

Pour l’uranium 238, on a 12400 Bq/g et un facteur de dose (pour l’ingestion) de 4,5x10-8 Sv/Bq (ce qui correspond à 22Bq pour 1μSv). On notera que le risque avec l’inhalation peut être plusieurs centaines de fois plus grand. Pour le radon, il y a 5,73x1015 Bq par gramme et de l’ordre de 2x10-7 Sv par Bq (soit 5 Bq pour 1μSv).

Les précautions à prendre

Le collectionneur ne court pas beaucoup de risques radiologiques : les spécimens de collection sont en général petits, ils sont conservés dans des lieux fermés (vitrines, tiroirs ou boites) et ils sont rarement manipulés. Ceci étant, il ne faut pas se voiler la face. Connaître les risques permet de les éviter ou du moins de les atténuer. Par principe, il est inutile de prendre des risques que l’on peut éviter, sans rien changer à sa passion de collectionner.

Plusieurs précautions doivent être prises par le collectionneur :

• La première est de ne pas faire « profiter » les autres de sa passion. Le collectionneur doit s’assurer que sa collection est confinée, qu’elle ne se disperse pas, qu’elle ne contamine pas l’environnement (sa maison en premier, et autres ensuite) et qu’elle ne laissera pas de traces (s’il déménage par exemple).

• La deuxième (qui pourrait être incluse dans la première) est de mettre au courant ses proches des risques, des doses émises et de la législation. On doit utiliser un étiquetage avec le logo en trèfle.

• La troisième est de gérer le radon. On peut soit freiner sa propagation en conservant les minéraux dans des boites assez hermétiques (mais il y a accumulation) ou bien, à l’inverse, le disperser avec une aération adéquat (c’est ce qui est actuellement promu).

• La quatrième est de stocker la collection dans un lieu assez éloigné afin que les doses soient acceptables (l’acceptabilité est variable selon que l’on se considère comme public (1mSv/an) ou « professionnel » (20 mSv/an)).

• La cinquième est d’éviter les poussières. Les minéraux doivent être stabilisés et conservés dans de récipients fermés (ce qui n’interdit pas le stockage dans un lieu aéré pour disperser le radon). Il faut éviter les manipulations qui génèrent de la poussière : sciage, burinage et broyage

• La sixième tient aux protections durant les manipulations (même celles qui ne sont pas censées faire de la poussière) : usage de vrais masques antipoussières, de gants et de tablier. Se laver les mains systématiquement.

• Enfin la septième qui pourrait être la première est d’acquérir un appareil de mesure sérieux. Dès que les mesures apparaissent, on visualise les risques.

Conclusions générales

On l’aura compris, le principal risque des minéraux est lié aux poussières. Il est d’autant plus important si l’on entreprend des manipulations qui génèrent des poussières comme celles avec le burin, l’éclateur, la sableuse ou à la meule. Ces travaux se doivent d’être effectués dans des locaux adaptés, avec les précautions nécessaire (arrosage d’eau dans certains cas) et en portant un vrai masque antipoussière. Il faut systématiquement se laver les mains après avoir toucher des minéraux à risques.

Références

Delbecq D. (2013), Le casse-tête des faibles doses de radiations, La Recherche 478, p.56-59

Site de l’organisation mondiale de la santé : who.int

Nombreux sites sur internet : souvent pro ou antinucléaires.

Détails

Publication : 10 septembre 2013

Plusieurs numéros de la revue Géologues font références à la valorisation du patrimoine géologique et minier. Vous trouverez ci-dessous quelques exemples de sujets traités autour de ce thème. Ces ouvrages sont en vente sur la Boutique en ligne de la SGF.

Sommaire de ce numéro

Patrimoine et pédagogie du massif central aux Pyrénées

• Les karsts du bassin d’Aquitaine - Jean-Guy Astruc
• 1977 - 2007 : trente bougies pour le Musée de Géologie de Decazeville - Mathieu Communeau
• Géosciences, animation scientifique et tourisme : une approche multiple de la Maison de la Découverte pyrénéenne - Jean-Sébastien Gion
• Le site autoroutier de Crazannes :Musée de la pierre et anciennes carrières - La Rédaction

La catalogne : un exemple dans la mise en valeur du patrimoine géologique et minier

• La Catalogne : espace de préservation de la mémoire et de promotion du patrimoine géologique et minier - La Rédaction
• Musée de la Science et de la Technique de Catalogne (mNACTEC) - La Rédaction
• CosmoCaixa : Musée de la Science de la Fondation « La Caixa » à Barcelone - La Rédaction
• Le Musée de Géologie de Barcelone - La Rédaction
• Le Musée géologique du Séminaire de Barcelone - La Rédaction
• Le Musée de géologie Valenti Masachs à Manresa (Catalogne) : un exemple de partenariat avec les entreprises - La Rédaction
• Les mines préhistoriques de Gavà (Catalogne) - La Rédaction

Valorisation du patrimoine géologique et minier en Espagne

• La collecte de fossiles et de minéraux en Espagne - La Rédaction
• L’exploitation de lignite de Mequinenza (Catalogne/Aragón) - La Rédaction
• L’après-mine dans les exploitations de lignite d’ENDESA du secteur Andorra - Gargallo (Aragón) - La Rédaction
• Le Parc géologique d’Aliaga (Maestrazgo, Aragón) - La Rédaction
• Le réseau Dinópolis « Territorio Dinópolis » - La Rédaction
• Le musée géologique et minier de l’Instituto Geológico y Minero de España (IGME) à Madrid - La Rédaction
• Le Musée Historique Minier Don Felipe de Borbon y Grecia à l’École des Mines de Madrid - La Rédaction
• Musée du Jurassique des Asturies (MUJA) : un espace moderne consacré aux dinosaures et à leur environnement de vie - La Rédaction
• La mine d’or de Las Médulas (León) : un site majeur témoignant de l’activité extractive romaine - La Rédaction

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