Radioécologie - GRE

Le groupe de radioécologie (GRE) exerce son activité en étroite collaboration avec l’Office Fédéral de la Santé Publique (OFSP) pour lequel il effectue un mandat de mesure de l’activité d’émetteurs radioactifs alpha, beta et gamma dans divers échantillons biologiques (os, dents de lait, urines, selles) et environnementaux (sol, herbe, lait, eau, fruits, légumes, etc…). Le groupe participe activement à la rédaction du rapport annuel de la section de radioprotection de l’OFSP.

Il contribue à la surveillance et à la protection de l’environnement sur l’ensemble du territoire suisse. De plus, son implication dans la détermination de la contamination radioactive de toute la chaîne alimentaire jusqu’à l’homme joue un rôle déterminant dans la protection radiologique du public au niveau national. Depuis octobre 2001, ses rapports de mesure ont le droit de porter le numéro d’accréditation STS 315.

Son expertise dans l’analyse radiochimique et en radioécologie lui permet de participer à divers projets de recherche en collaboration avec d’autres instituts fédéraux impliqués dans l’écologie terrestre, les sciences des plantes, la technologie alimentaire et la chimie analytique.

Appareillage et techniques utilisées dans l’analyse radiochimique

Digestion d’échantillon assistée par micro-ondes

Une des difficultés majeures de l’analyse radiochimique réside dans la nécessité de manipuler des échantillons de grande taille afin d’atteindre des limites de détection les plus basses possibles. Ainsi, il n’est pas rare d’effectuer des analyses à partir d’un aliquot de 15-30 g cendres de sol dans la détermination du strontium-90, des isotopes du plutonium ou encore de l’américium-241. La masse importante de ces échantillons impose un appareillage particulier pour la mise en solution des radioéléments à analyser.

Le GRE utilise un digesteur micro-ondes Ultraclave IV de Milestone travaillant sous pression pour la désorption de radioéléments à partir d’une matrice minérale.

L’appareil autorise l’introduction d’échantillons très volumineux et contenant jusqu’à 40 grammes de matière organique pour une digestion par voie humide sous pression d’azote, avec un contrôle de la pression et de la température. La pression maximale autorisée est de 200 bar et la température maximale recommandée de 200°C. Pour accélérer la mesure lors de situation d’urgence, cet appareil peut être utilisé pour la mise en solution rapide d’échantillons non préalablement calcinés au four.

Séparation chimique : méthodes chromatographiques

Chromatographie d’échange d’ions

La mesure d’émetteurs alpha et beta exige que le radioélément recherché soit totalement séparé du reste de la matrice. On utilise la chromatographie d’échange d’ions qui permet, selon les conditions expérimentales, de fixer un ion particulier sur la résine échangeuse de la colonne et de l’éluer de la colonne sélectivement. Au GRE, on procède par chromatographie ionique pour la purification du strontium-90 et du plutonium.

Chromatographie d’extraction

C’est une variante du principe chromatographique dans laquelle la résine est formée par adsorption d’un extractant sélectif à un ion particulier sur un support de polymère inerte (Amberlite). Ce type de chromatographie est très sélectif et permet l’utilisation de colonnes beaucoup plus petites que celles utilisées en chromatographie d’échange, avec des volumes d’élution réduits. La chromatographie d'extraction nous est utile dans la purification de l’uranium, du plutonium et de l’américium.

Chromatographie ionique

La chromatographie ionique (Dionex IC 1000) permet l’analyse des cations alcalin et alcalino terreux ainsi que des anions tels que le nitrate, le sulfate, les halogénures et le phosphate. Elle est utilisée dans certaines études de radioécologie, car ces anions sont un indicateur de l’état REDOX du sol ou de l’eau.

Mesure des radioéléments

ICP-OES Perkin Elmer Optima 3300 DV

Cet appareil est utilisé pour déterminer des éléments en traces dans certains échantillons de l’environnement. Les limites de détection sont très basses avec cet appareil, de l’ordre du ppb pour la plupart des éléments. On l’utilise dans des études spécifiques de radioécologie.

Mesure des émetteurs gamma

En analyse radiologique, les émetteurs gamma sont les plus simples à mesurer car le photon (50-2000 keV) produit par la désintégration est très peu absorbé par la matrice de l’échantillon. La mesure est directe, sans pré-traitement de l’échantillon.

Le GRE dispose de deux détecteurs pour l’analyse des émetteurs gamma : un HPGe de 25% d’efficacité pour des mesures dans des géométries de 50 ml, 250 ml et 500 ml et un HPGe à puits qui permet des mesures dans les mêmes géométrie mais également dans le puits, pour des petits échantillons d’un volume inférieur à 4 ml.

Mesure des émetteurs beta

Compteurs proportionnels à flux de gaz Tennelec 4100w™
Le GRE possède un compteur proportionnel à flux de gaz comprenant 16 détecteurs. Il est utilisé principalement pour la mesure de source d’yttrium-90, de strontium-90 et de strontium-89. Cet appareil permet la discrimination entre une impulsion crée par une désintégration beta et une impulsion dont l’origine est une désintégration alpha. Le signal est également détecté en coïncidence. Le bruits de fond d’une telle installation est très bas (0.25 dpm) ce qui permet d’atteindre des limites de détection très basses. Ainsi, il est encore possible de déterminer des activités en strontium-90 dont l’origine est la déposition atmosphérique des retombées des essais de bombes atomiques réalisés dans les années soixante, dans les vertèbres humaines et les dents de lait en particulier.

Compteur à scintillation liquide Perkin Elmer Quantullus 1220
La technique de scintillation liquide permet la mesure d’émetteurs beta (parfois aussi alpha). Le principe est basé sur la mise en solution dans un solvant contenant une molécule scintillante de l’émetteur en question. Lors de la désintégration, la particule beta, excite des molécules de solvant qui transmettent ensuite leur énergie excédentaire à des molécules de scintillateur qui émettent alors des photons dans le domaine du visible (environ 460 nm) qui sont détectés en coïncidence par deux photomultiplicateurs. La hauteur d’impulsion donnée par le nombre de photons émis lors d’une désintégration est proportionnelle à l’énergie de la particule. On peut donc sélectionner une plage de canaux (équivalent énergie) correspondant à un radioélément particulier.
Au GRE cette technique est employée pour déterminer l’activité en tritium de l’eau et en tritium organiquement lié aux plantes, le carbone-14 dans les urines ainsi que ,dans des cas particuliers, l’activité en strontium-90. Le carbone-14 peut être mesuré dans des échantillons d’au moins 10 grammes de végétaux ou de bois par la méthode de la synthèse du méthanol suivie d’une mesure par scintillation liquide.

Mesure des émetteurs alpha

La mesure des émetteurs alpha est la plus délicate à mettre en pratique car elle exige que le radioélément soit totalement séparé du reste de la matrice. En effet, le libre parcours d’une particule alpha dans la matière est extrêmement cours. Si on veut la mesurer dans de bonnes conditions de résolution et d’efficacité de comptage en évitant le phénomène de réabsorption de la particule alpha dans la matrice, il est indispensable de procéder à la séparation chimique complète du radioélément et à l’électrodéposition de l’émetteur alpha sur un disque d’acier inoxydable. Le principe de détection d’une particule alpha est la formation dans un semi-conducteur de paires électron-trou suite à l’impact de la particule alpha sur la surface du détecteur. Le nombre de paires dépend de l’énergie de la particule alpha, ce qui permet l’obtention d’un spectre en énergie.

La mesure des émetteurs alpha est toujours très délicate car l’énergie des particules émises par des radioisotopes différents peut être identique. Par exemple, la mesure de plutonium-238 dans les sols exige de se débarrasser totalement du thorium, car l’isotope de thorium-228 émet une particule alpha de même énergie.

Au GRE, on dispose d’un appareil de spectrométrie alpha Canberra Alpha Analyst™ comportant 20 chambres de comptage munis de détecteurs semi-conducteur au silicium (PIPS).

 Dernière mise à jour le 25/06/2019 à 08:52