Lignes directrices canadiennes pour la gestion des matières radioactives naturelles (MRN)

1 LES MRN, UN PROBLÈME DE RADIOACTIVITÉ

1.1 Définition

MRN est l'acronyme de matières radioactives naturelles, qui englobe les éléments radioactifs que l'on trouve dans l'environnement. Les éléments radioactifs à longue période essentiels comprennent l'uranium, le thorium et le potassium ainsi que leurs produits de désintégration radioactive (ou produits de filiation) comme le radium et le radon. Ces éléments ont toujours été présents dans la croûte terrestre et dans les tissus de tous les êtres vivants.

Bien que la concentration de MRN dans la plupart des substances naturelles soit faible, des concentrations supérieures peuvent survenir en raison des activités humaines. Par exemple, les dépôts de calcium précipités de la saumure d'extraction du pétrole peut contenir du radium à de bien plus fortes concentrations que la source d'eau elle-même. Le traitement des matières premières par de nombreuses industries axées sur les ressources peut augmenter la concentration de substances radioactives dans ces matières, à des niveaux qui nécessitent des précautions spéciales pour la manutention, le stockage, le transport et l'évacuation de matières, de sous-produits et de produits terminaux ou de l'équipement de procédé.

1.2 Objet des Lignes directrices canadiennes sur les MRN

Du fait que les MRN ne font pas partie du cycle du combustible nucléaire, elles ne sont pas régies par la Commission canadienne de sûreté nucléaire (CCSN), qui autorise et contrôle les matières radioactives associées au cycle du combustible nucléaire ainsi que les radionucléides produits artificiellement. Par conséquent, les activités associées aux MRN relèvent de la compétence des provinces et des territoires. Cela a donné lieu à une application incohérente des normes de radioprotection, de nombreux organismes participant quand les matières traversent les frontiers juridiques. Par exemple, le transport d'une MRN en vue de son élimination est du ressort :

• des organismes de réglementation de la santé, du travail et des rayonnements provinciaux et territoriaux pour l'exposition des travailleurs et du public;
  
  
• des organismes de réglementation environnementale provinciaux en ce qui a trait aux options d'évacuation;
  
  
• de la Commission canadienne de sûreté nucléaire pour le transport des matières radioactives.

Par conséquent, les Lignes directrices ont été élaborées pour :

• assurer un contrôle adéquat des MRN retrouvées par les industries touchées;
  
  
• harmoniser les normes;
  
  
• combler les lacunes ou réduire le chevauchement des compétences.

Le principe fondamental des Lignes directrices est que les personnes exposées au MRN doivent être soumises aux mêmes normes de radioexposition qui s'appliquent aux personnes exposées aux matières radioactives réglementées par la CCSN. On ne fait aucune distinction quant à l'origine du rayonnement, qu'il s'agisse des MRN dans leur état naturel ou dont la concentration a été augmentée par traitement (MRN améliorée technologiquement ou MRNAT). Toutefois, du fait que les MRN sont très répandues, dans le cas où le rayonnement naturel est important, on doit prendre en compte le coût de toute intervention.

Un principe important dans le contrôle des doses de rayonnement est que si l'on peut réduire ces doses par des mesures raisonnables, on doit alors prendre ces mesures. Du fait que même les faibles doses de radioexposition peuvent produire des effets nocifs, il peut être bénéfique des réduire ces faibles doses. L'objectif est que ces doses se situent au niveau le plus bas qu'on puisse raisonnablement atteindre, compte tenu des facteurs économiques et sociaux. C'est le principe ALARA.

1.3 Industries touchées par le rayonnement des MRN

Dans certaines industries, les MRN peuvent être présentes en quantités suffisantes pour transmettre des doses de rayonnement importantes aux travailleurs. Elles nécessitent alors l'application de pratiques de radioprotection pour les réduire. Ces industries comprennent les domaines suivants :

Extraction et traitement des minerais : les MRN peuvent être libérées ou concentrées dans un cycle de procédé lors du traitement du minerai, comme c'est le cas dans l'industrie des engrais phosphatés et dans les industries des abrasifs et des matières réfractaires.

Production de pétrole et de gaz : on peut trouver des MRN dans les liquides et gaz provenant des formations géologiques contenant des hydrocarbures.

Recyclage des métaux : les matières contaminées par des MRN peuvent être redistribuées à d'autres industries entraînant la formation de nouveaux produits contaminés par des MRN.

Produits forestiers et production d'énergie thermique : les cendres minérales laissées par la combustion peuvent concentrer de petites quantités de MRN présentes naturellement dans les végétaux et le charbon.

Installations de traitement d'eau : l'eau douce ou usée est traitée dans des sorbants ou des résines échangeuses d'ions pour éliminer les minéraux et autres impuretés de l'eau traitée et peuvent émettre du radon (sources géothermiques et écloseries).

Creusement de tunnels et travaux souterrains : dans les secteurs où de petites quantités de minéraux ou de gaz radioactifs indigènes peuvent être présents, comme dans les cavernes souterraines, les chambres électriques, les tunnels ou les réseaux d'égouts.

1.4 Description et sources de MRN

1.4.1 Fond de rayonnement

La vie sur terre a toujours été exposée au rayonnement naturel de l'environnement, que l'on appelle également fond de rayonnement. Les sources principales de ce rayonnement sont le rayonnement cosmique du soleil et de l'espace ainsi que le rayonnement terrestre des éléments radioactifs dans la croûte terrestre. Un exemple courant de source de rayonnement terrestre est le radon, gaz qui provient de l'uranium dans le sol et peut s'accumuler dans les bâtiments.

1.4.2 Radionucléides et rayonnement ionisant

Les éléments chimiques sont caractérisés par le nombre de protons qui se trouvent dans le noyau de leurs atomes. Les atomes contiennent également d'autres « particules subatomiques » comme les neutrons et les électrons. Le nombre de protons dans les atomes d'un élément donné est constant, mais le nombre de neutrons peut être différent. Les atomes d'un élément qui ont des nombres différents de neutrons sont appelés les isotopes de cet élément, bien qu'ils se comportent tous chimiquement de la même manière. Les isotopes d'un élément portent le nom de l'élément suivi du nombre de nucléons de l'isotope (protons + neutrons). L'uranium, par exemple, a toujours 92 protons, mais il a un nombre d'isotopes donné par le nombre de leurs nucléons, comme l'uranium 235 et l'uranium 238.

Les isotopes les plus courants des éléments sont stables, c'est-à-dire que l'équilibre protons-neutrons dans le noyau de leurs atomes ne changent jamais. Toutefois, dans les isotopes de certains éléments, l'équilibre protons-neutrons dans l'atome rend l'atome instable, et il éjecte ainsi une ou plusieurs particules ainsi que de l'énergie excédentaire du noyau pour se stabiliser davantage. Ce processus s'appelle la désintégration nucléaire. Les particules ou rayons à haute énergie sont appelés « rayonnement ionisant » parce qu'ils ionisent ou modifient la structure physique et chimique d'autres atomes de la matière qu'ils traversent. Les éléments qui émettent un rayonnement ionisant sont appelés radioactifs. Dans certains cas, un ou plusieurs isotopes d'un élément sont radioactifs et on les appelle radioisotopes ou radionucléides.

1.4.3 Période radioactive et série de désintégration (ou famille) radioactive

On peut reconnaître un radionucléide par les caractéristiques du rayonnement qu'il émet. Ces caractéristiques comprennent le taux de désintégration, ou période radioactive du radionucléide et le type et l'énergie du rayonnement émis.

Le débit auquel les particules sont émises s'exprime par la période du radionucléide. La période est le temps nécessaire pour que la moitié des atomes d'une substance se désintègre pour prendre une forme plus stable ou pour réduire la radioactivité de moitié. La période peut aller d'une fraction de seconde à des milliards d'années. Quand un radionucléide se désintègre, il devient un isotope d'un autre élément. Si ce nouvel isotope est également radioactif il se désintègre davantage. Ainsi se crée une « famille radioactive ». Les deux familles radioactives MRN les plus courantes sont les familles d'uranium 238 et de thorium 232. La figure 1.1 donne les caractéristiques des radioisotopes associés à la famille radioactive de l'uranium et du thorium ainsi que celles du potassium. Elle donne également le symbole chimique pour chaque élément et isotope.

Figure 1.1 Symboles chimiques et caractéristiques importantes des familles radioactives 238U et 232Th et du 40K

FAMILLE DE L'URANIUM 238					FAMILLE THORIUM 232
Nucléide de MRN	Symbole	Période	Émissions principales		Nucléide de MRN	Symbole	Période	Émissions principales
Uranium 238	238U	4,5 × 109 a	α		Thorium 232	232Th	1,4 × 1010 a	α
Thorium 234	234Th	24,0 j	β, γ		Radium 228	228Ra	5,7 a	β
Protactinium 234m	234mPa	1,2 min	β, γ		Actinium 228	228Ac	6,1 h	β, γ
Uranium 234	234U	2,5 × 105 a	α, γ		Thorium 228	228Th	1,9 a	α, γ
Thorium 230	230Th	7,7 × 104 a	α, γ		Radium 224	224Ra	3,7 j	α, γ
Radium 226	226Ra	1,6 × 103 a	α, γ		Radon 220	220Rn	55,6 s	α
Radon 222	222Rn	3,83 j	α		Polonium 216	216Po	0,15 s	α
Polonium 218	218Po	3,1 min	α		Plomb 212	212Pb	10,6 h	β, γ
Plomb 214	214Pb	27 min	β, γ		Bismuth 212	212Bi	61 min	α, β, γ
Bismuth 214	214Bi	20 min	β, γ		Polonium 212 (65 %)	212Po	3 × 10-7 s	α
Polonium 214	214Po	1,6 × 10-4 s	α, γ		Thallium 208 (35 %)	208Tl	3,1 min	β, γ
Plomb 210	210Pb	22,3 a	β, γ		Plomb 208	208Pb	stable	aucune
Bismuth 210	210Bi	5,01 j	β
Polonium 210	210Po	138 j	α		POTASSIUM 40
Plomb 206	206Pb	stable	aucune		Potassium 40	40K	1,3 × 109 a	β, γ

Légende :

Exemple : bismuth 212     ²¹²Bi          61 m          α, β, γ

212 : Nombre de masse du bismuth 212

Bi : Symbole chimique du bismuth

61 m : Période radioactive de 61 minutes (a = ans; j = jours; h = heures; min = minutes; s = secondes)

α : désintégration alpha (émission)

β : désintégration bêta (émission)

γ : gamma (émission)

1.4.4 Équilibre radioactif

Le dernier membre d'une famille radioactive est stable. Le premier membre (le « père radionucléide ») a presque toujours une très longue période. Quand tous les membres d'une famille radioactive (le père radionucléide et ses « descendants ») sont « en équilibre » ils se désintègrent tous au même débit, le débit auquel chacun à son tour est produit, et chaque élément radioactif ou descendant radioactif dans la famille a la même quantité de radioactivité. Si une telle matière radioactive subit un traitement chimique ou est perturbée d'une autre façon, l'équilibre est rompu.

1.4.5 Types de rayonnement

Les MRN peuvent émettre trois types fondamentaux de rayonnement :

• Le rayonnement alpha (α) est composé de particules chargées lourdes qui ne peuvent pas pénétrer très loin même dans l'air. On peut arrêter ces particules avec une feuille de papier.
  
  
• Le rayonnement bêta (β) est composé de particules chargées plus légères que les particules alpha. Ce rayonnement se déplace plus rapidement et est donc plus pénétrant que le rayonnement alpha. On peut arrêter le rayonnement bêta avec quelques centimètres de contreplaqué.
  
  
• Le rayonnement gamma (γ) est composé de rayons à énergie élevée et est très pénétrant. On peut l'arrêter avec un mètre de béton ou plusieurs mètres d'eau.

1.5 Unités de radioprotection fondamentales

Il y a deux unités fondamentales :

Becquerel (= activité). Le becquerel (Bq) mesure la quantité de radioactivité présente sans tenir compte du type de rayonnement émis.
1 Bq = 1 transformation (désintégration) nucléaire par seconde.

Sievert : dose efficace (= effet biologique). Différents types de rayonnement ont un pouvoir de pénétration différent, et différentes parties de l'organismes ont des sensibilités différentes au rayonnement. Par conséquent l'évaluation de dose nécessite une connaissance du type et de la quantité de rayonnement et de la sensibilité biologique de la partie de l'organisme exposée.

Le sievert (Sv) est l'unité de dose efficace de rayonnement et tient compte de l'effet total de différents types de rayonnement sur différentes parties de l'organisme. La plupart des doses professionnelles se calculent en millisieverts ou mSv. Les réglementations expriment la dose sur une base annuelle, soit en millisieverts par an ou mSv/a.

Une personne peut recevoir une irradiation « interne » d'une substance radioactive, en inhalant un gaz ou des particules en suspension dans l'air radioactifs ou en ingérant de la poussière radioactive. La matière peut demeurer dans l'organisme pour un certain temps après l'incorporation, et donne une dose. La dose sur toute la vie que l'on peut recevoir d'une irradiation interne est la « dose engagée » que l'on exprime également en sieverts.

1.6 Résumé de la dose du fond de rayonnement

La figure 1.2 est un diagramme à secteurs montrant la taille en pourcentage de chaque composant de la dose du fond de rayonnement reçue par le Canadien moyen⁽²⁾. On peut classer les sources de rayonnement naturel en trois groupes : la dose qui provient du rayonnement cosmique direct et qui arrive à la surface de la terre en provenance du soleil et de l'espace; la dose du rayonnement ambiant qui provient de la radioactivité naturelle à la surface de la terre et l'irradiation interne.

Le rayonnement cosmique varie avec l'élévation au-dessus du niveau de la mer mais ne représente qu'environ 0,3 mSv/a sur la majeure partie du Canada.

La plage des débits de dose gamma provenant des matières radioactives naturelles dans la famille de l'uranium et du thorium ainsi que du potassium 40 présent dans le sol type est :

0,045 - 0,09 mSv/a pour la famille de l'uranium 238;
0,09 - 0,15 mSv/a pour la famille du thorium 232;
0,09 - 0,15 mSv/a provenant du potassium 40.

Le débit de dose type provenant des deux familles et du potassium 40 est de 0,35 mSv/a.

Figure 1.2 Dose de rayonnement ionisant annuelle moyenne aux Canadiens (Dose totale moyenne de 2,62 mSv par an)

Une dose interne moyenne d'environ 1,0 mSv est due à l'inhalation des descendants du radon, mais la dose varie considérablement en fonction de la composition géologique du milieu. Par exemple, la dose moyenne provenant des descendants du radon à Vancouver est de 0,2 mSv/a, mais à Winnipeg, elle est de 2,2 mSv/a.

Une autre source d'irradiation interne provient d'un isotope radioactif du potassium : le tissu musculaire contient du potassium, dont 0,0118 p. 100 est du potassium 40, un émetteur naturel de rayons gamma et bêta dont l'apport est d'environ 0,35 par an.

Au total, un Canadien peut recevoir une plage de doses annuelles provenant du fond de rayonnement de 1,2 mSv/a à 3,2 mSv/a selon l'emplacement géographique. Le Canadien moyen reçoit une dose annuelle type d'environ
2 mSv du fond de rayonnement.

Manifestement, du fait que l'on ne peut pas empêcher les doses de rayonnement provenant des MRN, la question est la suivante : À quelle dose incrémentielle devrions-nous commencer à appliquer les pratiques de radioprotection aux MRN? Les Lignes directrices ont été élaborées pour aider à répondre à cette question.