L’étude en classe du Radon: La mesure de la radioactivité chez soi Teach article

Traduit par Maurice A Casimir. Marco Budinich et Massimo Vascotto présentent un projet à réaliser en classe pour mesurer les niveaux de radon à domicile.

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l’aimable autorisation de Nicola
Graf

Le simple mot ‘radioactif’ évoque quelque chose à la fois de mystérieux et d’angoissant, et peu d’entre nous réalisent que, la plupart du temps, la radioactivité est un phénomène naturel avec lequel nous devons vivre. Le radon est un gaz radioactif présent dans la nature et il est la cause la plus fréquente de cancer du poumon après le tabac, ce qui en fait le produit radioactif à l’impact social le plus élevé.

Le radon s’échappe des roches et, du fait que c’est un gaz, il se mélange à l’air que nous respirons. Plus sa concentration est élevée, plus nous sommes exposés à de la radioactivité. La concentration en radon est plutôt imprévisible: une maison peut être pleine de radon, alors que les maisons voisines n’ont pas de niveau de radon détectable. Comme le radon provient essentiellement des roches, sa concentration est corrélée à la composition du sol, à la présence d’eau, et, plus généralement, à la géologie. Il est donc important pour notre santé de connaître la quantité de radon que nous respirons à domicilew1. Le projet ‘Etude en classe du Radon’ (RSS)w2, w3implique des élèves du secondaire qui mesurent la concentration en radon chez eux.

Figure 1: CR39 brut
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University of Trieste

Normalement, doser le radon requiert un équipement hors de portée du budget d’un établissement; nous avons au contraire utilisé une méthode simple, sûre et robuste pour obtenir des résultats significatifs en détectant la radioactivité α du radon. Le noyau d’un atome de radon-222 se désintègre en polonium-218 en émettant une particule α ‘lourde’ (un noyau d’hélium-4). Lorsque la particule α frappe un objet solide, elle cause un dommage local comme le ferait une balle frappant un mur: elle laisse un petit trou ou trace nucléaire. Notre ‘mur’ est une minuscule cible en matière plastique; après l’avoir exposée à une radiation, il a suffi de compter le nombre de trous laissés par les particules α, et de calculer à partir de cette information la concentration moyenne en radon pendant le temps d’exposition.

Figure 2: Dosimètre en CR39
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University of Trieste

La matière plastique utilisée, CR 39, (connue également sous le nom de PADC – poly allyl diglycol carbonate), a été développée durant la seconde guerre mondiale pour la fabrication de cockpits d’avions et est utilisée aujourd’hui dans des verres optiques incassables, et également en physique nucléaire pour détecter les particules α et les neutrons.

Matériel

  • Pour chaque élève, un dosimètre à radon en CR39 dans une boîte en matière plastique à couvercle vissé (voir Figure 3). (Voir la liste des fournisseurs pour plus d’informations)
  • Hydroxyde de sodium (NaOH)
  • Eau distillée
  • Bain-marie (ou friteuse à thermostat bon marché)
  • Microscope avec micro caméra (voir ‘Fournisseurs’)

Méthodologie

Figure 3: Le CR39 à l’intérieur
de la ‘caméra d’exposition’

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  1. Pour doser le niveau de radon, il faut laisser le dosimètre de un à six mois au même endroit. La chambre à coucher est un bon choix reflétant notre exposition au radon, car c’est un endroit où l’on passe beaucoup de temps. A l’issue de la période, le dosimètre est prêt pour l’analyse.

 

Pour rendre visibles à un simple microscope les traces nucléaires laissées par les particules α, il faut d’abord les élargir par dérochage chimique.

 

  1. Placer le dosimètre dans un bécher et le recouvrir d’une solution de 240 g d’hydroxyde de sodium par litre d’eau distillée. Chauffer à 80°C pendant au moins 4 heures (Si vous utilisez une friteuse à thermostat, tester au préalable la température de l’eau). Si vous manipulez plusieurs dosimètres, prendre une solution d’hydroxyde de sodium fraîche pour chacun.

Note sur les précautions d’emploi: l’hydroxyde de sodium est corrosif, et doit être manipulé avec précaution.

Figure 4: Microscope avec
micro caméra

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  1. Laisser le dosimètre se corroder pendant 4 heures, puis bien le rincer. Les traces ont désormais environ 10 µm de diameter et peuvent être vues au microscope.
  2. Placer le dosimètre sous le microscope, prendre quelque sphotos, et les utiliser pour compter les traces nucléaires et pour déterminer leur densité moyenne (Figure 5).

On calcule la concentration en radon en utilisant la formule:

Rn = D fc / Δt

Rn est la concentration en radon (Bq/m3)

D est la densité de traces (nombre de traces/m2)

fc est le facteur d’étalonnage (la densité de traces correspondant à 1 Bq/m3 par jour d’exposition; cette information est fournie par le fabricant)

Δt est le temps d’exposition.

Traces nucléaires 10x (trous marqués par des flèches)
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Résultats de l’échantillonnage

La concentration en radon trouvée dans nos domiciles peut varier de quatre orders de grandeur dans la journée, et dépend de nombreux facteurs incluant le temps, la circulation de l’air et la pression atmosphérique, ainsi que des changements saisonniers. Ce qui est important touchant la santé est cependant la concentration en radon moyenne. C’est pourquoi les dosages de radon se font habituellement sur de longues périodes.

Depuis le demarrage du projet en 2003, quelques 2000 élèves d’établissements du Frioul – Vénétie Julienne (en Italie du nord-est) y ont participé. En utilisant des dosimètres en CR39 étalonnés, nous avons réalisé quatre études à long terme, quelques dosages sur le court terme et quelques vérifications de sites à haute teneur en radon.. Le projet est toujours en cours, et les établissements qui réalisent des dosages et soumettent leurs données à notre projet sont le sbienvenus.

Pendant l’été 2005, 89% de 897 dosages de radon realisés par les élèves ont donné des valeurs inférieures à 200 Bq/m3, c’est-à-dire en dessous de la limite recommandée par la Commission Européenne pour les bâtiments (Commission de la Communauté Européenne, 1990). Seuls 2% (22 dosages) excédaient la limite de 400 Bq/m3 recommandée pour les bâtiments construits avant 1990. Parmi ceux-ci, 0.4% (4 dosages) excédaient 1.000 Bq/m3, le niveau le plus élevé atteignant 5699 Bq/m3 (voir graphique).

Dosages effectués pendant l’été 2005; n = 897, 7 établissements. Moyenne 130, déviation standard 292, maximum 5699, minimum 0, valeur médiane 87

Pendant l’hiver 2007, les 860 dosages ont donné des resultats quelque peu plus élevés: 70% en dessous de 200 Bq/m3 et 20% entre 200 et 400 Bq/m3. Dans cette étude, 10% (88 dosages) excédaient la limite de 400 Bq/m3. Cependant, le niveau le plus élevé était plus faible que celui de l’été 2005: seulement 3227 Bq/m3 (voir graphique).

Dosages effectués pendant l’hiver 2007; n = 860, 10 établissements. Moyenne 208, déviation standard 275, maximum 3227, minimum 0, valeur médiane 140
Dosage du radon (Bq/m3) Etude de l’été (n=897) Etude de l’hiver 2007 (n=860)
Tableau 1: resultats d’échantillonnage pour le projet RSS
Rn≤200 (limite pour les bâtiments postérieurs à 1990) 89% (795) 70% (604)
200<Rn≤400 (limite pour les bâtiments antérieurs à 1990) 9% (80) 20% (168)
Rn>400 2% (22) 10% (88)

Dans les cas où ont été détectés des niveaux de radon supérieurs à la limite, le dosage a été refait et si le niveau était encore trop élevé, nous avons recommandé aux élèves de contacter l’Agence Régionale de Protection de l’Environnement qui pourrait les conseiller sur la manière d’éliminer le radon de la maison. La ventilation des pièces est un exemple simple de méthode de réduction du niveau. Des méthodes exigeant plus de main d’œuvre comprennent l’isolation de la maison du sol.

Fournisseurs

On peut acheter le CR39 chez des fabricants de verres optiques ou chez des fournisseurs de détecteurs de radonw4 (voir Figures 1 et 2). Les fabricants de verres optiques vendent le matériau (matière plastique CR39) découpé en n’importe quelle forme (environ €1) alors que les fournisseurs de détecteurs vendent un dosimètre CR39 étalonné, prêt à l’usage (environ €7). On peut suggérer d’utiliser le matériau meilleur marché pour une mesure en oui/non, en réservant les détecteurs plus onéreux pour des endroits où du radon a déjà été détecté.

Nous utilisons un microscope Konus Academyw5 bon marché (modèles 5304 & 5829) muni d’une micro caméra et doté d’un logiciel d’imagerie associé (voir Figure 4).

Le projet RSS

Le projet RSS est très multidisciplinaire, en impliquant non seulement la physique, mais aussi la chimie, la géologie (pour les propriétés du sol), les mathématiques (avec par exemple la loi de désintégration exponentielle et la distribution de Poisson des traces nucléaires), et des considérations sociales (incidence des dangers dus au radon)..

Le thème jette quelque lumière sur les ‘sombres mystères’ de la radioactivité et est socialement adapté, en particulier dans une région où le radon est présent comme la nôtre; les élèves et leurs parents sont habituellement curieux de connaître le niveau de radon chez eux. A ce jour, le projet a impliqué près de 5.000 personnes de notre région – élèves, familles, enseignants et personnel ATOS – en les rendant conscients du risque sanitaire.

Au delà du dosage du radon, l’autre objectif majeur du projet est d’intéresser des élèves de l’enseignement secondaire à la science et aux carrières scientifiques, en les amenant à participer à une étude scientifique concrète et en leur faisant réaliser les mesures eux-mêmes. Les élèves prennent conscience de ce que la science nous entoure et qu’il est possible de faire de la science sérieusement dans la vie quotidienne, avec un équipement simple.

Les responsables du projet et nombre de ses participants sont aujourd’hui impliqués dans un projet supplémentairew7 – déterminer les niveaux de 137césium présent dans la région à la suite de la catastrophe de Tchernobyl en 1986.

Remerciements

Nous aimerions remercier tous les élèves, enseignants, personnel ATOS et familles impliqués dans le projet ainsi que nos partenaires, l’Agence locale de Protection de l’Environnement, ARPAF-VGw6.

Nous sommes reconnaissants à nos sponsorsw3 de leur appui, nommément Progetto Lauree Scientifiche, INFN et le Département de Physique de l’Université de Trieste.

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References

  • Nous aimerions remercier tous les élèves, enseignants, personnel ATOS et familles impliqués dans le projet ainsi que nos partenaires, l’Agence locale de Protection de l’Environnement, ARPAF-VGw6.
  • Nous sommes reconnaissants à nos sponsorsw3 de leur appui, nommément Progetto Lauree Scientifiche, INFN et le Département de Physique de l’Université de Trieste.

Web References

Author(s)

Marco Budinichw8 est physicien à l’Université de Trieste, Italie, où il est responsable des activités pour populations en échec scolaire du Département de Physique.

Massimo Vascotto, le coordinateur du projet, a une licence de physique et il enseigne les disciplines liées à la mer (c’est-à-dire navigation, météorologie et océanographie) dans un établissement de préparation aux métiers de la mer de Trieste. Il collabore depuis de nombreuses années avec le Département de Physique de l’Université de Trieste et avec l’INFN, l’Institut National Italien de Physique Nucléaire, où il est physicien associé en projets de communication en sciences.


Review

Le projet montre comment l’enseignement de la radioactivité, habituellement un thème de salle de classe, peut être étendu à l’extérieur de l’établissement. Les élèves testent la présence de radon chez eux avant de réaliser des analyses plus en profondeur au laboratoire de l’établissement; le fait qu’ils puissent effectivement ‘voir’ la radiation la rend moins abstraite. Ceci motivera les élèves dans leur recherche des effets du radon et d’autres sources de radiation et dans la réalisation d’analyses soignées et d’une interprétation détaillée des résultats.

La plus grande partie de l’équipement et des matériaux indiqués par les auteurs se trouve communément dans un laboratoire de science. Cela encourage les enseignants à essayer de mener ce projet avec leurs prorpes élèves si bien que ceux-ci peuvent finalement les effets de la radiation dans leur propre domicile. Un tel projet incite les élèves à avoir une approche de chercheur en science.

On peut utiliser le présent article dans les leçons de physique pour introduire le sujet de la radioactivité (types de radiations, rayonnement ambiant, effets des radiations). On pourrait également l’utiliser pour des leçons de chimie (éléments radiactifs), géologie (propriétés du sol et des roches) ou en mathématiques avancées (désintégration exponentielle et distribution de Poisson). En outre, s’agissant d’un sujet assez sensible, on peut l’employer dans des discussions de groupe sur la manière dont la radioactivité peut servir l’humanité et sur ce qui peut arriver lorsque la radioactivité atteint des niveaux alarmants.


Catherine Cutajar, Malte




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