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L'homme et les rayonnements

Exemples d'applications des rayonnements


Les rayonnements sont d’une très grande utilité en médecine et dans l’industrie. Par exemple, la radiographie médicale utilise la capacité qu'ont les rayons X de traverser le corps humain.

Publié le 1 juillet 2014

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.


Infographie uillustrant le principe de fonctionnement de la radiographie - © CEA/C. Beurtey


La radiographie médicale utilise la capacité qu’ont les rayons X de traverser le corps humain.

Le morphomètre, conçu par des chercheurs du CEA avec la collaboration de General Electric MSE (Medical System Europe) utilise aussi les rayons X. Cet appareil permet d’acquérir et de visualiser en trois dimensions un organe complet et de manipuler par voie informatique soit un réseau vasculaire complet, soit une structure osseuse.

Le morphomètre

Le morphomètre permet d’acquérir et de visualiser un organe complet en trois dimensions. © CEA



Autre machine, le tomographe (ou scanner) à rayons X, 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”, du corps entier ou de parties du corps (crâne…). Il est utilisé pour la localisation précise de lésions, tumeurs…

VidéoLe fonctionnement d'un scanner X


Premier équipement de radiographie itinérant

Marie Curie, née Maria Salomea Sklodowska, physicienne française d’origine polonaise, a mené avec son mari, Pierre Curie, des recherches sur les radiations. A la déclaration de la Première Guerre mondiale, Marie Curie met ses connaissances au service de la médecine de guerre et développe la radiographie pour les besoins de la santé. Elle installe alors des appareils de radiographie transportables, pesant au total 250 kg, dans des véhicules appelés les “curiettes”. Elle forme aussi les premiers infirmiers spécialisés en radiologie. En étant au plus près des zones de combat, elle a permis aux médecins d’opérer les patients précisément à l’endroit même où le projectile était logé et non plus à l’aveugle.



Scintigraphie conventionnelle
La scintigraphie conventionnelle permet d’obtenir une imagerie fonctionnelle d’un organe après administration d’un traceur spécifique au patient. © P.Stroppa/CEA


Une autre grande application des rayonnements en médecine est la radiothérapie ou traitement par les rayonnements ionisants. Quelques temps après la découverte des rayons X, il y a un peu plus d’un siècle, on s'est aperçu 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 forte dose de rayonnements localisée, 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.


VidéoLa radiothérapie



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

Epices stérilisées par irradiation aux rayonnements gamma
Epices stérilisées par irradiation aux rayonnements gamma. © PhotoDisc

Irradiation de statues polychromes pour désinsectisation
Irradiation de statues polychromes pour désinsectisation, sur le site d’ARC-Nucléart au CEA Grenoble. © CEA/ArcNucléart

fabrication de radioéléments
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

VidéoLa production de radioéléments à usage médical



Vidéola datation par le carbone 14


 


Dans les aéroports, les rayonnements X servent à visualiser les objets contenus à l’intérieur des bagages
Dans les aéroports, les rayonnements X servent à visualiser les objets contenus à l’intérieur des bagages. © PhotoDisc


Contrôle de conteneurs maritimes par inspection neutronique
Contrôle de conteneurs maritimes par inspection neutronique. © P.Stroppa/CEA

La stérilisation par rayonnements gamma

L'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.

L'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…

Au préalable, elle 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”).

Des oeuvres d’art passées aux rayons
En 1913, le physicien américain Robert Wood invente un écran éliminant les rayonnements visibles pour ne laisser passer que les ultraviolets. Ces radiations rendent fluorescents certains composés organiques, comme les vernis à base de résines naturelles. Appliquée aux peintures, cette technique de photographie sous ultraviolet permet de visualiser les réparations et restaurations successives.
L’utilisation des rayons ionisants est un atout pour percer les secrets des oeuvres d’art et de mieux comprendre les processus d’altération afin d’en assurer une meilleure conservation. La radiographie explore l’intérieur de celles-ci et permet d’en savoir plus sur elles, notamment les supports utilisés (bois, tissage…), les couches picturales (repentir, changement dans la composition, réutilisation des supports…), et pour les statues : l’armature métallique, les étapes de montage, les zones de fragilité...
Vénus de Milo
Préparation de la Vénus de Milo pour contrôle gammagraphique. Cette opération a été menée pour visualiser l’intérieur de la statue afin de repérer ses zones fragiles, avant sa rénovation.
© CEA


La datation en sciences de la Terre

Les applications de la radioactivité dans les sciences de la Terre offrent un éventail extrêmement large. Elles permettent d’étudier l’état physique (solide, liquide, gaz), une zone géographique (atmosphère, océan, continent), les différentes échelles de temps (le milliard d’années pour certaines roches, quelques jours pour la circulation atmosphérique) ou d’espace (datation d’un objet ou étude à l’échelle de la planète).
Les travaux de recherche sur l’évolution passée du climat reposent sur des méthodes de carottage, d’analyse physico-chimique ultra-précises, de datation, sur la compréhension des relations entre les paramètres mesurés sur les archives naturelles et les variables climatiques.


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 l'analyse des soudures, 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…