Effets des rayonnements électromagnétiques sur le vivant/Effets des rayons gammas sur le vivant

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Effets des rayonnements électromagnétiques sur le vivant
Effets des rayonnements électromagnétiques sur le vivant ― Effets des rayons gammas sur le vivant
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Historique[modifier | modifier le wikicode]

Fig. 32 : Paul Ulrich Villard
Fig. 33 : Henri Becquerel (1852-1908)

Les rayons gamma, symbolisés par la lettre grecque γ, sont une forme de rayonnement électromagnétique de grande énergie dû à une désexcitation d'un noyau atomique[1]. Ils possèdent une longueur d'onde très courte inférieure à 5 picomètres. Ils ont d'abord été observés en 1900 par le chimiste français Paul Ulrich Villard (1860-1934) comme l'émission par un échantillon de radium de rayons au pouvoir pénétrant très supérieur à celui des rayons β. Henri Becquerel (1852-1908) confirme très rapidement cette découverte dans son laboratoire du Jardin des Plantes. Villard remarque que ces nouveaux rayons ne sont pas déviés par un champ magnétique. En 1914, Ernest Rutherford et Edward Andrade observent la réflexion des rayons γ par des surfaces cristallines et établissent ainsi leur nature électromagnétique et donc leur étroite parenté avec la lumière et les rayons X. De façon simple : Les rayons gamma sont très pénétrants et peuvent traverser un coffre-fort. Ils sont constitués de photons (particules de lumière) de haute énergie. Ils ne sont que pure énergie sans aucune masse. Ces photons gamma émis par le noyau sont dus au réarrangement interne des nucléons du noyau. Ces nucléons sont organisés en couches concentriques (type oignon), un peu comme les électrons le sont autour du noyau. Dès qu’un nucléon glisse d’une couche nucléaire externe vers une couche plus interne (et donc moins énergétique), ce dernier cède de l’énergie sous forme de photon gamma.

Ces rayons sont positionnés sur le spectre entre 10-14 m et 10-11 m (en dehors de toute onde visible à l’œil nu). À titre d’exemples les ultraviolets sont positionnés entre 400 et 100 nanomètres.

Utilisations[modifier | modifier le wikicode]

Parce que la longueur d'onde du rayonnement gamma est si courte, un seul incident peut répandre des photons et créer d'importants dommages à une cellule vivante. Cette propriété implique que les rayons gamma sont souvent utilisées pour tuer les organismes vivants, dans un processus appelé ionisation. L’application de cette technique comprend la stérilisation du matériel médical et permet, en éliminant les bactéries qui causent la désintégration de nombreux produits alimentaires, de prévenir les fruits et les légumes de se dégrader afin de conserver la fraîcheur et toute leur saveur.

En raison de leur bonne pénétration tissulaire, les rayons gamma ont une grande variété d'applications médicales comme le CT Scans[2] et la radiothérapie[3]. Toutefois, comme toute forme de rayonnements ionisants, ils ont la capacité d'effectuer des changements moléculaires, en provoquant éventuellement des cancers lorsque l'ADN est touché. Les changements moléculaires peuvent également être utilisés pour modifier les propriétés de pierres semi-précieuses, et sont souvent utilisés pour changer le blanc topaze en bleu topaze.

En dépit de leurs propriétés cancérigènes, les rayons gamma sont aussi utilisés pour traiter certains types de cancer. Dans la procédure appelée gamma-couteau de chirurgie, de multiples faisceaux concentré de rayons gamma sont dirigés vers les cellules cancéreuses pour les tuer. Les rayons sont émis à partir de différents angles pour concentrer le rayonnement sur la croissance tout en minimisant les dommages aux tissus environnants. Pour l'émission gamma, des radio-isotopes sont utilisés, dont l'un est le technétium-99m. Lorsqu'il est administré à un patient, une caméra gamma peut être utilisée pour former une image des radio-isotopes en détectant le rayonnement gamma émis. Cette technique peut être employée pour diagnostiquer une large gamme de pathologies.

Les rayons gamma sont aussi utilisés dans tout ce qui observation spatiale car ils sont aussi émis dans l’espace[4], on peut ainsi en ne focalisant que sur ces rayons gamma voir certaines planètes, étoiles ou satellites naturels comme la Lune vu en rayons gamma par le Compton Gamma Ray Observatory. Étonnamment, la Lune est en fait plus brillante que le soleil. Les détecteurs de rayons gamma sont également prêts à être utilisés au Pakistan dans le cadre de la Container Security Initiative (CSI). Ces machines de 5 millions de dollars américain sont annoncées pour numériser 30 conteneurs par heure. L'objectif de cette technique est d'effectuer un pré-écran pour navire marchand conteneurs avant qu'ils entrent dans les ports américains basés au Pakistan.

Dangers[modifier | modifier le wikicode]

Fig. 34 : Une galaxie observée sous différentes longueurs d'ondes, et notamment dans les rayons gammas (en bas)

Les rayons gamma provenant de retombées radioactives seraient probablement le plus grand danger dans le cas d'une guerre nucléaire. Si les rayons gamma sont moins ionisants que les rayons alpha ou bêta, ils demandent des épaisseurs de blindage beaucoup plus importantes pour s'en protéger. Ils produisent des dégâts similaires à ceux produits par les rayons X ou les ultraviolets, tel que brûlures, cancers et mutations génétiques.

Les rayons gamma sont la forme la plus dangereuse de radiations émises par une explosion nucléaire en raison de la difficulté à les arrêter. Les rayons gamma ne sont pas arrêtés par la peau. Ils peuvent induire des altérations de l’ADN en interférant avec le matériel génétique de la cellule. Des cassures des doubles brins de l’ADN sont généralement reconnues comme les lésions les plus biologiquement significatives par lesquels les rayonnements ionisants provoquent le cancer et les maladies héréditaires.

Une étude réalisée sur des travailleurs nucléaires russes exposés sur l'ensemble du corps à de hautes doses cumulées de rayonnements gamma montre le lien entre l'exposition aux rayonnements ionisants et la mort de leucémie, du cancer du poumon, du foie, du squelette et d'autres cancers solides. A côté de l'irradiation, les rayons gamma produisent également des brûlures thermiques et ont un effet immunosuppresseur.

Après irradiation gamma, et la rupture des brins doubles d'ADN, les cellules peuvent réparer les dégâts du matériel génétique à la limite de leur capacité. Toutefois, une étude de Rothkamm et Lobrich a montré que le processus de réparation fonctionne bien après exposition à haute dose, mais est beaucoup plus lent dans le cas d'une exposition à faible dose. Cela pourrait signifier qu'une exposition courante à faible dose ne peut être combattue par le corps. La probabilité de détection de petites modifications ou d'un défaut se produisant est probablement assez léger pour que la cellule se reproduise avant de lancer une réparation intégrale. Certaines cellules ne peuvent pas détecter leurs propres défauts génétiques.

Notes et références[modifier | modifier le wikicode]

  1. Produits par la désintégration γ ou d'autre processus nucléaire ou subatomique tel que l'annihilation d'une paire électron-positron.
  2. scanner
  3. Voir la partie concernant les rayons X pour plus d'informations
  4. Appelés rayonnements gammas cosmiques. Ils ont notamment été produit en très grandes quantités lors de la formation de l'univers.