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Article dossier jeunes | Les sciences du vivant | L'homme et les rayonnements

Exemples d'applications des rayonnements (4/4)

Mis à jour le août 2006

L'homme et les rayonnements

LA RADIOGRAPHIE ET LA RADIOTHÉRAPIE EN MÉDECINE

La radiographie médicale utilise la capacité qu’ont les rayons X de traverser le corps humain. Les différents tissus (os, muscles) ne laissent toutefois pas passer les rayons X de la même façon : les os sont plus opaques et les muscles sont plus transparents. Une radiographie permet donc de voir par contraste le squelette et, par exemple, d’observer une fracture pour mieux la soigner. Elle permet également de regarder si des tissus sont endommagés par une maladie : les radiographies des poumons, couramment pratiquées, donnent au médecin d’importantes informations sur l’état de santé du patient.
Le tomographe (ou scanner) à rayons X est une machine qui, à partir d’un grand nombre de projections (quelques centaines à quelques milliers) sur un détecteur linéaire, d’un calculateur et d’un logiciel de reconstruction permet d’obtenir des “coupes”, soit du corps entier, soit de parties du corps (crâne…), et est utilisé pour la localisation précise de lésions, tumeurs…
Un autre outil utilisant les rayons X, conçu par des chercheurs du CEA avec la collaboration de General Electric MSE (Medical System Europe), est le morphomètre. Cet appareil permet, pour la première fois, d’acquérir et de visualiser en trois dimensions un organe complet avec une qualité d’image inégalée. En particulier, il est enfin possible de visualiser et de manipuler par voie informatique soit un réseau vasculaire complet, soit une structure osseuse. Dans le souci de toujours diminuer la dose reçue par les patients, Georges Charpak, un Français prix Nobel de physique 1992, a imaginé un détecteur de rayonnements très sensible permettant de diminuer par 2 ou 3 cette dose en donnant les mêmes informations qu’un détecteur traditionnel.
Le morphomètre permet d’acquérir et de visualiser un organe complet en trois dimensions.
© CEA
Une autre grande application des rayonnements en médecine est la radiothérapie ou traitement par les rayonnements ionisants. Quelques mois après la découverte des rayons X, il y a un peu plus d’un siècle, on s’aperçut que l’action biologique des rayonnements pouvait être utilisée, à forte dose, pour traiter les cancers. Les cellules tumorales, parce qu’elles se divisent rapidement, sont plus sensibles que les autres aux rayonnements ionisants. En envoyant sur ces cellules une certaine dose de rayonnements, il est possible de les tuer et d’éliminer la tumeur.
Aujourd’hui, près de la moitié des personnes qui ont pu être guéries d’un cancer l’ont été grâce à la radiothérapie.




"L'irradiation permet de détruire à froid les micro-organismes comme les champignons,
les bactéries ou les virus."



LA STÉRILISATION D'OBJETS PAR RAYONNEMENTS GAMMA

Irradiation du matériel chirurgical et des aliments
L’irradiation est un moyen privilégié pour détruire à froid les micro-organismes (champignons, bactéries, virus…). De ce fait de nombreuses applications des rayonnements existent pour la stérilisation d’objets. Par exemple, la majorité du matériel médico-chirurgical (seringues jetables, etc.) est aujourd’hui radio-stérilisée par des industriels spécialisés. De la même façon, le traitement par irradiations d’ingrédients alimentaires permet d’améliorer l’hygiène des aliments : stérilisation des épices, élimination des salmonelles des crevettes et des cuisses de grenouilles… Cette technique porte aussi le nom d’ionisation des aliments.

Irradiation d’objets d’art
Le traitement par des rayons gamma permet d’éliminer les larves, insectes ou bactéries logés à l’intérieur des objets, afin de les protéger de la dégradation. Cette technique est utilisée dans le traitement de conservation et de restauration d’objets d’art, d’ethnologie et d’archéologie. Elle est applicable à différents types de matériaux : bois, pierre, cuir…
Une autre technique permet de conserver des vestiges très dégradés : statues rongées par des vers, épaves anciennes en bois gorgé d’eau, etc. Dans ce cas, un traitement d’imprégnation par une résine photosensible, suivi d’un durcissement (polymérisation) sous irradiation, permet de consolider puis de restaurer les œuvres (procédé dit “Nucléart”).
 
“La radiographie médicale utilise la capacité qu’ont les rayons X de traverser le corps humain.”
Fabrication de radioéléments, utilisés en médecine nucléaire pour le traitement des cancers, dans l’un des réacteurs de recherche du CEA, Osiris. © CEA/A. Gonin
L’irradiation par rayonnements gamma permet de stériliser des épices. ©PhotoDisc
Cellule d’irradiation d’objets d’art vue à travers un hublot. ©  CEA
“Le traitement par des rayons gamma permet de protéger les objets d’art de la dégradation.”


“La capacité des rayonnements à traverser la matière est utilisée dans le milieu industriel.”


L'UTILISATION DES RAYONNEMENTS DANS L'INDUSTRIE

Élaboration de matériaux
L’irradiation provoque, dans certaines conditions, des réactions chimiques qui permettent l’élaboration de matériaux plus résistants, plus légers, capables de performances supérieures. C’est la chimie sous rayonnement, dont les applications sont nombreuses en médecine et dans l’industrie (par exemple isolants, câbles, gaines thermorétractables dans l’industrie électrique…).

Radiographie et neutronographie
On peut voir à travers la matière, en utilisant des sources de rayonnements ou de particules :
• la radiographie industrielle (X ou gamma) est très utilisée en chaudronnerie, pour les constructions soudées, dans les constructions navales, pour le pétrole, en pétrochimie, dans l’aéronautique, pour la construction des centrales nucléaires, dans le génie civil (charpentes métalliques, structures en béton précontraint…). Ces examens radiographiques consistent, comme en médecine, à enregistrer l’image de la perturbation d’un faisceau de rayonnements X (ou gamma) provoquée par l’objet à contrôler. Ils permettent sans détruire le matériau de repérer les défauts. Les rayonnements X servent aussi à visualiser les objets contenus à l’intérieur des bagages dans les aéroports.
• la neutronographie, pour certains types
d’examens, se sert des neutrons comme source de rayonnements. En effet, et contrairement aux rayons X, les neutrons peuvent aisément traverser des matériaux de forte densité (tels l’acier et le plomb) et sont très bien adaptés à l’imagerie des matériaux riches en hydrogène. Par exemple, la neutronographie permet de voir l’arrangement et la continuité d’une poudre explosive à travers une paroi en acier. Ainsi, la qualité des dispositifs pyrotechniques utilisés dans la fusée Ariane est contrôlée au CEA par cette technique. Loin d’être concurrents, la radiographie X et la neutronographie sont complémentaires.

Jauges radiométriques
Les jauges radiométriques utilisent des sources radioactives scellées, émettrices de rayonnements gamma, de particules bêta ou de neutrons. Elles servent au contrôle des niveaux de remplissage, à la mesure des densités de fluides dans les canalisations, à la mesure des épaisseurs ou des grammages (de la feuille de papier aux tôles d’acier), à l’analyse des minerais et des alliages…
 

Dans les aéroports, les rayonnements X servent à visualiser les objets contenus à l’intérieur des bagages. © PhotoDisc
  Neutrons 
Rappelons que le neutron n’est pas d’origine radioactive, mais provient des réacteurs nucléaires et de l’interaction du rayonnement cosmique avec l’atmosphère.
Convertisseur avec, en haut de l’image, sa représentation neutronographique. © CEA
Quatre jauges nucléaires mesurent en continu les valeurs de turbidité des eaux du barrage de Genissiat, sur le Rhône, afin d’en contrôler les lâchers en aval. © CEA