Podcastscience 70 – Solaire cherche futur

On 25.01.2012, in Notes d'émission, by Podcast Science

Un dossier bourré d'infos intéressantes sur l'énergie solaire, pour cette semaine ! Et c'est notre Alan national, que même les américains nous envient, qui s'en est occupé :) par ici !

Vous en apprendrez plus sur la rentabilité, la durabilité, ou encore les projets d'avenir pour cette énergie prometteuse dont la Suisse et la Chine sont les pionniers mondiaux. Pour le mp3, c'est en bas que ça se passe (player).

Et si vous le n'avez pas vue, ne manquez pas l'illustration de Lucile qui se la joue photovoltageek :)

Pour continuer, la p'tite vidéo qui va avec (à prendre avec des pincettes) :

A Goodbye Note To An Ex Lover

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On continue avec un plug' vers Research Gate, un réseau social consacré à la science, avec des profils scientifiques, des articles, un agenda des événements scientifiques et des bourses d'emplois !

Ensuite, quelques liens sur les news abordées en fin d'émission :

La fin de la seconde intercalaire ?

Convergence vocale chez les chimpanzés sur www.sciencesetavenir.fr

Et pour finir, les quotes de Podcast Science :

Bienheureux les fêlés, car ils laisseront passer la lumière”

Michel Audiard, le cinéaste français.

“Quand on m'explique les mathématiques, je perds pied dès le premier mot. En physique, je comprends la première phrase, en biologie j'ai compris l'essentiel du message, et en sciences humaines chacun donne son avis.”

Roland Barthès, écrivain français.

Et voilà, on vous dit à la semaine prochaine, avec un dossier que Marco nous a vendu (comme il pouvait) sur les méthodes de datation en géologie !

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Un mème circule dans les petits milieux de la promotion des énergies renouvelables. Vous l’avez sans doute déjà entendu: “Le soleil fournit à la Terre assez d’énergie en une minute pour couvrir les besoins énergétiques d’une année. En une journée, le soleil nous fournit de quoi tenir plus de 27 ans.” Je me suis acharné pendant plus d’une heure à tenter de trouver l’origine de la citation (qui n’est jamais mentionnée nulle part) afin de remonter sur une source académique digne de ce nom avant de partager cette  avec vous cette comparaison spectaculaire. Et j’ai fini par trouver quelque chose d’approchant. En fait, ce n’est pas en une minute que le soleil nous fournit toute cette énergie, mais en 90! La citation correcte est

In 90 minutes, enough sunlight strikes the earth to provide the entire planet’s energy needs for one year.
En 90 minutes, la quantité de lumière du soleil qui frappe la Terre suffit à satisfaire les besoins de la planète pour une année entière.

Livre: Solar Energy PerspectivesC’est l’Agence Internationale de l’Energie qui l’indique dans une étude publiée en décembre 2011 sur l’énergie solaire et ses perspectives.

Ce mème n’est pas la seule information erronée qu’on peut lire sur l’Internet quand on recherche des informations sérieuses concernant les énergies renouvelables. Les militants d’un bord comme de l’autre ne sont pas très regardants quant aux sources, c’est assez effrayant. Honnêtement, jai eu un mal fou à monter ce dossier en vérifiant toutes mes sources, ça m’a pris 3 fois plus de temps que d’habitude.

Pour en revenir à notre petite citation en version erronée ou corrigée, ce que j’en retiens, c’est que le soleil nous fournit une énergie phénoménale et gratuitement par dessus le marché! On a l’impression qu’il n’y a qu’à la collecter pour que tous nos problèmes d’approvisionnement d’énergie (et les conflits qui en découlent!) soient résolus.

Les plantes tirent l’essentiel de leur énergie du soleil, via la photosynthèse. Ne pourrions-nous pas être aussi malins qu’elles et en faire autant?

Est-ce vraiment si simple?

Dans ce dossier, nous allons commencer par poser quelques fondamentaux. Qu’est-ce que le photovoltaïque, comment ça marche. Quel est le mécanisme qui permet de prendre en entrée les photons de la lumière du soleil et produire en sortie des électrons prêts à recharger nos indispensables gadgets? Nous essaierons de comprendre les limitations de la technologie des cellules photovoltaïques – qu’on trouve dans les panneaux solaires –  et ainsi comprendre pourquoi nous n’en voyons pas partout. Si le soleil nous envoie effectivement autant d’énergie, pourquoi ne pas recouvrir les zones inhabitées du Sahara de panneaux solaires? Et pourquoi pas carrément des centrales solaires spatiales, pour bénéficier d’un ensoleillement 24 heures sur 24? Finalement, nous nous intéresserons à l’avenir de cette technologie. Les panneaux doivent-ils nécessairement être noirs, rigides, lourds et moches ou les cellules de 2e et 3e génération – qui sortent essentiellement des centres de recherche suisses – promettent-elles autre chose?

Commençons donc par les fondamentaux:

L’effet photovoltaïque

Le phénomène physico-chimique qui a permis l’émergence de cette technologie s’appelle l’effet photovoltaïque. C’est un phénomène très proche de l’effet photoélectrique, observé pour la première fois en 1838 par Antoine-César Becquerel et son fils Alexandre-Edmond, (respectivement grand-père et père d’Henri Becquerel, co-découvreur de la radioactivité aux côtés de Pierre et Marie Curie). Les Becquerel (grand-père et père) s’amusaient à observer le comportement électrique d’électrodes immergées dans un liquide et se sont rendus compte que ce comportement était modifié en présence d’un éclairage. Certains métaux émettaient des électrons lorsqu’ils étaient soumis à la lumière, mais cela ne fonctionnait qu’à certaines fréquences, à partir d’un certain seuil. Ce qui était inexplicable avec les connaissances en physique de l’époque. C’est Albert Einstein qui fut le premier à comprendre le phénomène en remettant fondamentalement en question la lumière. Il a formulé l’hypothèse que le rayonnement électromagnétique était fait de grains de lumières porteurs d’énergie. Ces grains d’énergie, on les a rapidement rebaptisés photons et c’est d’ailleurs pour ces travaux sur la nature de la lumière et l’explication du phénomène photoélectrique qu’Einstein a reçu le prix Nobel de physique en 1921 (et pas pour ses deux théories de la relativité qui ont changé la face du monde à plus d’un titre).

Pour en revenir à nos définitions, l’effet photoélectrique, c’est donc l’émission spontanée d’électrons par un métal lorsque celui-ci est exposé à la lumière ou à un autre rayonnement électromagnétique de fréquence élevée.  Concrètement, on s’en sert essentiellement pour des détecteurs, des capteurs vidéo et des systèmes de vision nocturne.

L’effet photovoltaïque est un peu différent, si on en croit notre ami wiki, “L’effet photovoltaïque est obtenu par absorption des photons dans un matériau semi-conducteur qui génère alors des paires électrons-trous (…) créant une tension ou une courant électrique.” Pas super parlant a priori, mais on va décrypter tout ça dans un instant.

La différence entre les deux phénomènes, c’est que dans l’effet photovoltaïque, l’électron passe à travers plusieurs bandes du semi-conducteur où il va accumuler de la tension entre deux électrodes. Les électrodes fournissent un courant électrique continu, directement exploitable pour recharger nos très chers et indispensables téléphones portables.

La cellule photovoltaïque

De l’effet photovoltaïque à la cellule, il n’y a qu’un pas, ou plutôt, deux couches ;)

Si on prend une plaquette de silicium et qu’on l’expose à la lumière, celle-ci va naturellement libérer quelques électrons. Mais bon, à l’air libre, comme ça, les électrons ne nous sont pas d’une grande utilité… Pour exploiter l’énergie solaire, on prend une première couche de silicium, on la dope au phosphore. Elle se retrouve subitement bourrée d’électrons. Notre morceau de silicium devient un semi-conducteur de type “N”, N pour négatif. On prend une seconde couche de silicium, qu’on dope cette fois avec du bore. Elle se retrouve subitement en déficit d’électrons, pleine de trous. Notre deuxième morceau de silicium devient un semi-conducteur de type “P”. P pour… ? Positif bien sûr!
Le photovoltaïque en une imageEn gros, le coeur d’une cellule photovoltaïque n’est constitué que de ces deux couches de silicium. Excités par les photons, les électrons trop nombreux d’un côté et les trous d’électrons trop nombreux de l’autre n’auront qu’une idée en tête: rétablir l’équilibre en se promenant allègrement entre les deux couches. En plaçant judicieusement un conducteur entre les deux, on récupère le courant électrique, le tour est joué, l’iphone est rechargé, on peut appeler pour dire qu’on est en retard pour le dîner, les inquiétudes retombent, tout le monde est heureux.

Une petite digression, pour souffler un peu… Silicium en français, se dit silicon (sans “e”) en anglais. La Silicon Valley, c’est la vallée du silicium et pas du silicone (qui est un polymère contenant du silicium.)

Les limitations physiques

On améliore sans cesse le rendement des cellules photovoltaïques mais il y a une limite. Elle porte même un nom, c’est la limite de Shockley-Queisser du nom de William Shockley et Hans Queisser qui l’ont calculée en 1961. En gros, le nombre d’électrons qui peut passer dans une jonction P-N est limité. Et l’efficacité d’une cellule solaire de ce type ne peut pas dépasser 33.7% (on pourrait atteindre 86%, mais il faudrait que les rayons soient  préalablement compactés au moyen d’un système optique). On atteint gentiment cette limite: si les cellules qu’on trouve sur le marché plafonnent en moyenne à 14-19% d’efficacité, on sait produire en laboratoire des cellules qui atteignent un rendement de 25% (plus très loin des 33.7, donc). Et pour les cellules qui ont plusieurs jonctions P-N, on arrive à plus de 42%.

La puissance-crête et l’emplacement idéal

Quand on parle de rendement, ou d’efficacité, ce qu’on cherche à représenter, c’est la proportion d’énergie reçue qu’on arrive à transformer. Si les rayons du soleil émettent une puissance de 1000 watts par mètre carré par exemple, des panneaux solaires dont la “puissance-crête” est de 15% parviendront à produire 150 watts par mètre carré au meilleur de la journée.

C’est d’ailleurs essentiellement pour optimiser le rendement qu’on place les panneaux solaires sur les toits uniquement et pas sur les trottoirs de nos villes par exemple. Un immense merci à Lucile qui m’a donné un coup de main sur cette partie du dossier et que j’ai le plaisir de citer ici :

Il existe diverses raisons pour lesquelles on privilégie l’installation de panneaux solaires sur les toits.

  • Raison pratique : élevée sur un toit, une installation photovoltaïque n’empiète pas sur l’espace vital;
  • Raison esthétique : les panneaux solaires sont plus discrets à cet emplacement;
  • Raison technique (la principale) : cette position permet d’optimiser le rendement des cellules photovoltaïques

Le rendement d’un panneau solaire varie en fonction de la puissance des cellules mais également selon son exposition aux rayons du soleil. Il est donc primordial avant d’installer une telle structure sur son toit, d’évaluer l’emplacement au niveau duquel le panneau solaire bénéficie d’un maximum de rayons du soleil.

L'angle d'incidence (Wikipédia)L’exposition du panneau se calcule grâce à l’angle d’incidence. Cet angle est formé par les rayons du soleil et le plan du panneau. Pour exploiter au mieux la ressource solaire, l’angle d’incidence doit être le plus proche possible de 90°. Et pour arriver à un angle d’incidence optimal de 90° il faut respecter les paramètres suivants :

  • Une orientation du panneau vers le sud
  • Une inclinaison du panneau de 15° à 50° (30° étant l’idéal) par rapport à l’horizontale

De plus, cette inclinaison permet d’éviter l’encrassement du panneau photovoltaïque (ce qui réduirait la production d’électricité).

http://www.tpepanneauxsolaires.fr/rentabilite.html#rec
http://www.energies-nouvelles.net/guide-rendement-photovoltaique-14.html

Les autres limitations

Il y a quelque limitations, mais bon. La lumière du soleil est gratuite et constitue une manne intarissable, en tout cas pour les 5 prochains milliards d’années. D’ailleurs, il est intéressant de relever que, à part le nucléaire, la géothermie et les centrales marémotrices (moulins à marées), pratiquement toutes les autres énergies sont plus ou moins directement issues du soleil. Même le pétrole et le gaz; quand on remonte la filière jusqu’aux origines, sont une forme de stockage de l’énergie du soleil (le soleil a permis la production des composants organiques qui les constituent à un moment ou un autre).

Pourquoi ne tapons-nous pas davantage dans cette source formidable d’énergie?

Et bien parce si la lumière du soleil est (encore?) gratuite, la fabrication des panneaux solaires, leur installation, la transformation et le transport du courant ont un coût. Un coût pas tout à fait négligeable, même s’il on constate une nette baisse depuis que la Chine domine la production des cellules photovoltaïques (selon un rapport de Bloomberg Energy Finance de 2010, les coûts de production des panneaux, pour une puissance égale en watts ou en mégawatts, a chuté de 50% entre fin 2008 et 2009) (Rapport, pdf, 3.6Mo) .

Sur le prix comparé du kilowatt heure d’électricité produite via des installations solaires par rapport aux autres filières, les sources que j’ai pu trouver varient grandement selon qu’elles émanent de partisans du nucléaire, de promoteurs des énergies renouvelables, de fabricants de cellules ou de vendeurs de panneaux. (C’est tout le drame de la préparation de ce dossier!) Tantôt, on prend ou non en compte les compensations carbone des centrales à charbon et le coût du démontage des centrales nucléaires, tantôt pas. Et si on arrivait à se mettre d’accord sur une méthodologie, il faudrait encore prendre en compte les énormes variations régionales: amortir son installation solaire prend forcément plus de temps sous un le ciel britannique qu’australien par exemple, ce qui influe sur le prix de revient du kilowatt/heure. Devant ces difficultés,  je préfère renoncer à une comparaison plutôt que raconter n’importe quoi (en gros, selon la perspective, le kw photovoltaïque est entre deux fois moins cher et trois fois plus cher que le nucléaire). No comment.

Par contre, sur un marché donné, la comparaison du prix de l’électricité photovoltaïque avec le prix du courant du réseau est une indication intéressante. Selon un récent rapport de Bloomberg Energy Finance, (juin 2011), la chute vertigineuse des prix de fabrication des panneaux de ces dernières années permet désormais aux installations domestiques, dans les régions bien ensoleillées, d’atteindre la parité par rapport au prix du réseau (20 cents américains par kWh pour le solaire vs 20-25 cents pour le courant du réseau). Et selon le Guardian, qui cite une étude Ernst & Young (malheureusement plus en ligne), le prix des installations va encore baisser de manière significative d’ici 2013 (moitié du prix de 2009), et compte tenu de plein d’autres critères économiques encore (je vous laisserai le soin de lire l’article), dans dix ans, il sera définitivement plus intéressant pour les gros consommateurs de se tourner vers ce type d’installation plutôt que vers les sources traditionnelles d’approvisionnement électrique.

Une énergie vraiment propre?

On peut se poser la question de l’impact environnemental de la production des panneaux solaires. Ils ne tombent pas du ciel, il faut les fabriquer et cela demande de l’énergie et des matériaux plus ou moins polluants. Là aussi, on entend tout et son contraire sur Internet. Heureusement, il y a de temps en temps une publication scientifique contenant des informations vérifiées, j’ai notamment trouvé une étude de chercheurs de New-York et des Pays-Bas qui, en gros, démontre que le cycle de vie complet des panneaux photovoltaïques – même de 1e génération – est l’un des plus propres en comparaison avec toutes les autres technologies de production d’électricité. Les cellules fines – dites de 2e génération – sont plus propres encore. En fouillant un peu plus loin, je me suis rendu compte que le souci n’est pas tellement du côté de la fabrication des cellules, mais plutôt dans le transport et la fin de vie des panneaux. Sur le transport d’abord: les panneaux solaires viennent essentiellement d’Asie (en 2010, les 2/3 de la production mondiale se partageaient entre la Chine, Taiwan et le Japon. La Chine a quintuplé sa production entre 2007 et 2010 pour devenir le n° 1 mondial, loin devant tout le monde, et ce n’est pas fini car la Chine qui avait doublé ses objectifs “solaires” pour 2015 après Fukushima vient de les augmenter de 50% encore fin 2011, les portant à 15GW), bon ceci dit, les panneaux solaires sont également essentiellement consommés en Asie. La Chine seule détenait près de 50% du marché en 2010 déjà et ce n’est pas près de baisser! Ça, donc, c’était pour le transport. Sur l’élimination des panneaux solaires maintenant:  jusqu’à récemment, rien n’était organisé – ni par les industriels ni par les autorités – pour la collecte et le recyclage des panneaux solaires. Selon “Usine Nouvelle” (si, si… Sorry…), en Europe en 2010, l’industrie photovoltaïque générait moins de 6’000 tonnes de déchets. Mais avec une croissance de 35% par année en moyenne, et compte tenu de l’espérance de vie moyenne de 25 ans des panneaux, quelque 130 000 tonnes sont attendues en 2030, ce qui peut commencer à devient un souci. Mais bon, il y a un marché pour la récupération du silicium et l’industrie allemande est en train de donner le “la” de la filière du recyclage. Côté français, une réglementation exige depuis le 1er janvier 2012 que tous les aspects du cycle de vie soient pris en compte avant installation.

Pour conclure sur les aspects environnementaux, j’ai trouvé une étude étude (pdf, 339 Ko) du laboratoire national pour l’énergie renouvelable, aux Etats-Unis commandée par le département américain de l’énergie et basé sur des recherches indépendantes néerlandaise et japonaise. Elle indique que le “payback”, en anglais, soit le retour sur l’investissement énergétique est atteint après 1 an pour les meilleures cellules (celles de 2e génération, nous allons voir ça dans un instant) et de 4 ans pour les cellules de 1e génération. En gros, il faut entre 1 et 4 ans aux panneaux solaires pour “rembourser” toute l’énergie nécessaire à leur production, toutes étapes du processus confondues, ce qui est particulièrement intéressant quand on sait que les panneaux ont une espérance de vie de 30 ans environ.

Et pourquoi pas une centrale solaire dans le Sahara?

Un des problèmes, c’est qu’on ne consomme pas toujours l’énergie là où le soleil brille. Prenons la vieille idée de recouvrir les zones inhabitées du Sahara de panneaux solaires. Vieille car elle a été évoquée la première fois par Franck Shuman, un inventeur américain, en 1913. Il a d’ailleurs créé la première centrale thermique solaire en Egypte à cette époque-là (1912-1913), un vrai fou.  L’idée est régulièrement classée puis ressortie des tiroirs. Séduisante sur le papier, elle n’a encore jamais mise en pratique pour plusieurs raisons:

  • Transporter l’énergie a un coût. Les pertes se limiteraient à quelque 3% par 1’000 kilomètres après conversion en courant alternatif à haute tension. Après 4’000 kilomètres traversés depuis le Sahara, on n’aurait donc paumé 12% du courant ainsi généré;
  • Le soleil ne brille que 12 heures par jour au maximum à l’équateur, on aurait quand même un problème la nuit, et c’est là que l’éclairage peut être utile…
  • Les panneaux solaires sahariens seraient soumis à des conditions extrêmes. On pense tout de suit aux tempêtes de sable, mais le problème n° 1 serait la chaleur. Pour éviter d’endommager les panneaux solaires, il faudrait les refroidir… Avec de l’eau! On commence à comprendre les soucis ;)
  • Et ce n’est pas tout! Le coût n’est pas négligeable. La fondation Desertec qui cherche à mettre en place des solutions de ce type estime que, pour le Sahara, ça coûterait la bagatelle de 500 milliards de dollars;
  • Le dernier problème à mon avis, qui ne serait pas des moindres, serait la question du pipeline. On le voit avec les oléoducs et les gazoducs, ils constituent un enjeu géostratégique majeur. Pourquoi en irait-il différemment avec des lignes à haute tension si couper un seul fil permettait de faire la pluie et le beau temps sur la politique internationale?
Bref, le Sahara recouvert de panneaux solaires, ce n’est pas pour demain.

Le projet de centrale orbitale de la NASA (Wikipédia)Dans ce cas, pourquoi pas voir encore plus grand avec une centrale solaire orbitale ?

Aussi incongru que ça puisse paraître, c’est un projet qui est pris très au sérieux et cela fait plus de 40 ans qu’on y consacre des recherches. Selon Wikipédia, c’est même la pré-étude la plus chère de la NASA à ce jour (50 millions de dollars entre 1978 et 1981). Depuis 2009, un consortium d’entreprises  japonaises s’y est mis également et en 2010 les industriels européens de l’EADS ont annoncé un projet (source Wikipédia). L’idée est assez simple: aller chercher le soleil, là où il est. Et transmettre à la Terre l’énergie ainsi collectée par une technologie sans fil, soit des micro-ondes soit un laser infrarouge. Les avantages seraient très nombreux:
  • Un rayonnement beaucoup plus intensif que sur Terre: hors atmosphère, l’efficacité de la collecte d’énergie serait à 144% du maximum obtenu sur Terre;
  • 24 heures d’ensoleillement par jour toute l’année au lieu de 12 en moyenne sur Terre;
  • Elimination des problèmes liés à la météo;
  • Pas d’interférence avec les plantes et les animaux;
  • Transmission possible à différents points de collecte sur Terre, pas forcément toujours le même.
Très séduisant sur le papier, mais évidemment, il faut encore faire face à quelques petites bricoles, comme…
  • Acheminer tout cela dans l’espace; les coûts financiers et écologiques des lancements sont exorbitants. J’ai trouvé une simulation intéressante sur la version anglaise de wikipédia:

Pour donner une idée du problème, en admettant que la masse d’un panneau solaire soit de quelque 20 kg par kilowatt (sans compter la structure, l’antenne, les miroirs), une station de 4 GW pèserait quelque 80’000 tonnes. Des conceptions hyper légères pourraient peut-être optimiser tout cela d’un facteur 20. Admettons: 4’000 tonnes pour une station d’une capacité de 4 GW. Il faudrait entre 40 et 150 fusées pour envoyer le matériel en orbite basse où d’autres fusées plus légères prendraient le relais pour les placer en orbite géostationnaire. Ce processus seul coûterait déjà 11 milliards de dollars pour la conception légère, 320 milliards pour la conception classique. Pour 4 GW. En comparaison, les centrales nucléaires ou à charbon reviennent à 3 à 6 milliards par GW (sans inclure les coûts cachés liés à ces centrales)

S’il faut attendre l’ascenseur spatial pour régler le problème, on peut encore rigoler quelques années ;)

  • Entretenir l’installation (soumise à des rayonnements violents, à des pluies d’astéroïdes, bref à tout ce dont nous sommes bien protégés sur la Terre ferme);
  • Et surtout… Transmettre l’énergie. Ce serait une grande première! Aujourd’hui, qu’on opte pour le laser ou les micro-ondes, on ne sait transmettre de l’énergie que sur quelques kilomètres, avec des pertes importantes.

L’avenir du photovoltaïque

L’avenir du photovoltaïque est peut-être en orbite, mais il est peut-être plus proche de nous. Peut-être dans les centrales solaires thermodynamiques. C’est une approche relativement nouvelle qui consiste à collecter indirectement la lumière du soleil après l’avoir concentrée avec des miroirs. Contrairement aux cellules photovoltaïques, les miroirs ne coûtent pratiquement rien à fabriquer. On obtient de meilleurs résultats sans augmenter le nombre de cellules, c’est plutôt intéressant.

L’avenir se situe peut-être aussi plus près de nous encore, dans nos vêtements ou nos rideaux… En effet, les panneaux solaires ne sont plus condamnés à être noirs, moches et rigides. Enfin, noirs, c’est quand même recommandé… Car c’est la couleur qui absorbe le plus de photons, ce serait dommage de s’en priver.

Les cellules de 2e génération

Les cellules suisses Flexcell, un exemple de cellules de 2<sup>e</sup> générationOn appelle les cellules de 2e génération les cellules à couches minces. Elles sont une évolution des cellules de 1e génération: réalisées avec du silicium mais en couches extrêmement fines. Elles peuvent aussi être réalisées avec autre chose que du silicium, du tellurure de cadmium par exemple. La technologie est mûre mais elle ne cesse d’être optimisée. On sait maintenant produire des cellules à nano-structures qui ne dépassent pas les quelques centaines de microns d’épaisseur. Elles présentent deux avantages et un inconvénient par rapport aux cellules de 1e génération: elles sont nettement moins chères à produire (car ne contiennent que très peu de matière première) et esthétiquement beaucoup plus intéressantes, car elles peuvent être installées sur des substrats souples plutôt que sur du verre. Certaines entreprises les conditionnent en nattes assez géniales pour voyager dans les zones reculées; vous les enroulez dans votre sac à dos pendant les déplacements et vous les disposez au soleil pendant les pauses pour recharger les batteries et faire bouillir l’eau du thé. Ça, c’est pour les avantages. Au niveau des inconvénients, les rendements sont encore nettement moins bons. Les cellules de ce type qu’on trouve dans le commerce atteignent des rendements de l’ordre de 9%. Mais ce n’est pas fini, la recherche continue. Les prototypes atteignent 13%. Et en laboratoire, on arrive à des rendements de 20%. Le fer de la lance de la recherche dans le domaine est un laboratoire suisse, le PV-Lab de l’EPFL, dirigé par Christophe Ballif et  basé à Neuchâtel en Suisse. Le laboratoire repousse sans arrêt les limites de la technologie. Les chercheurs qui y travaillent viennent par exemple, en décembre dernier, en partenariat avec la R&D d’un industriel, d’atteindre un nouveau seuil dans l’efficacité pour cette technologie en atteignant un rendement de 21%.

Les cellules de 3e génération

Encore plus intéressantes puisqu’elles ont réussi à se débarrasser du silicium et la jonction P-N (et donc de la fameuse limite de Schockley-Queisser). Là, on a essentiellement 3 approches:

  • les cellules Grätzel, du nom de leur génial inventeur, le Professeur Michaël Grätzel, de l’EPFL. Ces cellules à pigment photosensible s’inspirent de la photosynthèse, et, même si leur rendement est encore relativement faible (12.3% aux dernières nouvelles), il ne cesse de grimper et pourrait théoriquement atteindre 30%. La cellule n’étant composée que de matériaux low-tech qui ne coûtent rien ou presque à produire, son ratio efficacité/coût bat à plates-coutures celui des cellules en silicium.
  • en Suisse encore, à l’EMPA, cette fois, nous avons le professeur Ayodhya Tiwari dont l’équipe a pulvérisé les records l’année dernière avec les cellules CIGS. Ce sont des cellules à couches minces à base de cuivre, d’indium de gallium et de (di)selenide, d’où leur nom. Ces cellules atteignent le rendement hallucinant de 18.7%, les fabricants de panneaux en silicium ont du souci à se faire ;)
  • enfin, en Suisse encore, nous avons également le professeur Nüesch qui dirige à l’EMPA également, près de Zürich le laboratoire de polymères fonctionnels. Ses travaux portent sur des cellules organiques. Non seulement, elles se passent de silicium, mais elles se passent carrément du panneau solaire!  A partir de là, tout peut devenir solaire: vêtements, écrans souples, stores… Encore assez éloignées du marché leur rendement est assez modeste (quelque 5%) mais l’approche est prometteuse!

Pour conclure…

On aurait pu parler des politiques d’encouragement des énergies renouvelables et de mille choses encore. Mais il aurait fallu faire pour cela un deuxième dossier. Avant de conclure, je voudrais juste mettre un peu les choses en perspective: nous avons parlé du photovoltaïque, mais finalement que représente-t-il en proportion de l’énergie produite et consommée sur Terre? L’agence internationale de l’énergie estime dans un récent rapport (pdf en anglais 2.6Mo) que le photovoltaïque pourrait fournir 5% de l’électricité globalement consommée en 2030 et jusqu’à 11% en 2050. OK, mais aujourd’hui, on en est où?

Une fois encore, ça se gâte pour trouver les chiffres: ceux que l’AIE fournit sur son site web datent de 2007. Ceux de Wikipédia proviennent des stats de BP (pdf) et ne sont pas à jour non plus. Du coup, j’ai renoncé au monde et je me suis rabattu sur les chiffres français (pdf, 922 ko). Un pays comme un autre, en somme… Ce sont les chiffres pour 2010. Et l’intro du rapport nous rapidement la perspective: “Le photovoltaïque triple, mais demeure marginal”. Et effectivement si on regarde la structure de la production totale brute d’électricité en France, le photovoltaïque est beau dernier dans le tableau pour 2010:

Photovoltaïque: 0.1% (ce qui est quand même nettement mieux que les 0.0% pour 2009 ;) )
Eolien: 1.7%
Thermique classique: 11%
Hydraulique: 11.9%
Nucléaire: 75,3%

Ressources

Une vidéo très sympa de Sci-show que j’ai trouvée pendant la rédaction du dossier. En anglais, excellente présentation, super bien construit, mais attention, à mon avis, toutes les sources n’ont pas été scrupuleusement vérifiées.

 

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Dossier – la radiation pour les nuls

On 14.04.2011, in Dossiers, by Alan Vonlanthen
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Parmi les préoccupations, voire les obsessions, qui taraudent les humains depuis quelques dizaines d’années, les radiations arrivent souvent en pole position. C’est invisible, c’est parfois dangereux, on ne sait pas très bien ce que ça fait ni comment ni pourquoi et ça fait plutôt globalement peur… Du micro-ondes au wifi, des radiations cosmiques à Fukushima, nous allons essayer de distinguer les différents types de radiations, de voir ce qui est véritablement dangereux et pourquoi et comment on peut s’en protéger.

Si j’ai intitulé ce dossier “la radiation pour les nuls”, n’en prenez pas offense, chers poditeurs, c’est avant tout à moi que ça s’adresse. En toute honnêteté, j’ai eu pas mal de peine à le préparer tant mes connaissances de base en physique et en chimie sont proches de l’ignorance totale. Mais en même temps, je voulais comprendre de quoi il s’agit en évitant si possible de raconter n’importe quoi. Ce dossier est donc garanti à la portée de tous et particulièrement de celles et ceux qui ont courbé leurs cours de chimie et de physique à l’école.

Comme d’habitude, quelques définitions pour commencer

D’abord, il faut savoir qu’en français, on ne dit en principe pas “radiation” mais “rayonnement”. Ceci dit, les deux termes sont acceptés. Voici ce que nous raconte Wikipedia sur le rayonnement :

Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d’émission ou de transmission d’énergie impliquant une particule porteuse.

Transmission d’énergie. C’est tout. Mais ce n’est pas encore la fin du dossier ;) S’il s’agit simplement de transmission d’énergie, pourquoi est-ce que cela nous fait si peur? Parce que dans certains cas, c’est effectivement dangereux.

Il existe deux grandes catégories de radiations / rayonnement: les radiations ionisantes et non-ionisantes. C’est là que tout se joue. Mais que signifie exactement ionisant ou non-ionisant?

On va reprendre un peu les fondamentaux: tout est fait d’atomes. En tout cas, la matière que nous connaissons est faite d’atomes. Le micro dans lequel je parle est fait d’atomes. Je suis fait d’atomes. Vous êtes faits d’atomes. L’air que nous respirons est fait d’atomes. Pour le moment, on va surtout retenir que notre ADN est fait d’atomes, c’est important, on va le voir tout de suite. Et les atomes, on le sait, sont eux-mêmes composés d’un noyau constitué de protons (chargés positivement) et de neutrons (neutres). Autour de ce noyau, gravitent les électrons (chargés négativement). Pas besoin d’entrer plus dans le détail à ce stade. On notera juste que c’est précisément de ces notions là qu’on parle avec les adjectifs “atomique” (relatif à l’atome) et “nucléaire” (relatif au noyau de l’atome / nucléus en latin).

Une radiation ionisante est un rayonnement si puissant qu’il arrache les électrons à l’orbite de leur atome!

Une radiation non-ionisante est un rayonnement électromagnétique qui ne transporte pas assez d’énergie pour ioniser les atomes ou les molécules, et donc laisse leurs électrons tranquilles. Cela ne veut pas dire que les radiations non-ionisantes sont totalement inoffensives pour la santé ou l’environnement; elles peuvent avoir un impact, mais ce n’est pas du tout le même ordre de magnitude.

On va commencer par une petite parenthèse sur les rayonnements non-ionisants et leurs impacts justement, comme ça, ce sera fait, avant de nous attaquer aux rayonnements ionisants, bien plus costauds.

Les rayonnements non-ionisants

Le panorama des rayonnements non-ionisants (les rayonnements, donc, qui ne shootent pas les électrons au passage) est assez large puisqu’il va des champs statiques (les gros aimants) à certains UV en passant notamment par les fréquences radio (pour capter la radio, la télé, la CB, les téléphones mobiles), les micro-ondes (c’est à dire non-seulement les fours à micro-ondes, mais également le wifi et bluetooth, le radar), les infrarouges (lasers, télécommandes) et la lumière visible.

Les effets que ces rayonnements peuvent causer à l’organisme en cas de sur-exposition sont en général de l’ordre du réchauffement, voire de la brûlure, notamment avec les lasers, qu’ils soient dans l’infra-rouge ou la lumière visible. La dose à laquelle l’exposition est dangereuse est sujette à controverse, on reviendra dessus dans un prochain numéro. Ce qu’il faut retenir pour le moment, c’est que globalement, tant qu’on est en dessous du seuil de la brûlure, on considère ces rayonnements comme relativement inoffensifs pour l’homme.

Effets des rayonnements non-ionisants (wikipedia)

Effets des rayonnements non-ionisants (wikipedia)

Les rayonnements ionisants

C’est là que ça devient sérieux pour les organismes vivants. Notre ADN, comme tout le reste de la matière, est à la base constitué d’atomes et donc d’électrons. Les rayonnements ionisants ramassent les électrons au passage et donc endommagent très sérieusement l’ADN, ce qui provoque des mutations et des cancers. Ces rayonnements ionisants sont émis par des sources radioactives.

On va faire un petit détour par la notion même de radioactivité pour y voir plus clair: dans la nature, la plupart des isotopes sont stables (si vous avez oublié ce qu’est un isotope, pour faire court, on va dire que c’est simplement un atome qui a quelques neutrons de trop). Il y a un équilibre à respecter au sein du noyau de l’atome pour que celui-ci soit stable (en fait, le ratio entre protons et neutrons doit respecter un nombre magique… On ne va pas développer cela maintenant, c’est clairement un sujet pour Mathieu ;) ). Quand cet équilibre est bouleversé, l’isotope est  instable ou radioactif. Et l’atome “essaie” de retrouver un équilibre en libérant de l’énergie jusqu’à se retrouver dans la case stable la plus proche du tableau périodique des éléments (c’est ainsi que l’uranium 238 finit par se transformer en plomb 206 en passant par toutes sortes d’états intermédiaires instables ou le carbone 14 en azote 14).

Et c’est cette énergie, que l’atome radioactif  libère de l’énergie pour retrouver sa stabilité, que l’on appelle un  rayonnement ionisant.

On connaît plusieurs types de rayonnements ionisants: les rayons alpha, beta, les neutrons, les rayons x et les rayons gamma. On va les prendre dans l’ordre:

Ejection de particules alpha

Ejection de particules alpha

Le rayonnement alpha

Dans ce type de rayonnement, les noyaux radioactifs éjectent des particules alpha, (soit ce sont des particules lourdes chargées positivement:  des paquets composés de deux protons et de deux neutrons, comme des noyaux d’hélium). L’atome perd 2 en nombre et 4 en masse. Ce mécanisme se produit à grande vitesse (Les particules α sont émises à une vitesse avoisinant les 20 000 km/s) sur une très courte distance (une simple feuille de papier ou 4 à 5 cm d’air les arrêtent totalement). On dit que la pénétration du rayonnement alpha est faible.

Le rayonnement beta

Emission d'une partcule Beta- (un électron), fortement ionisante

Emission d'une partcule Beta- (un électron), fortement ionisante (Wikipedia)

Dans ce type-ci de rayonnement, les noyaux instables éjectent des particule légères et chargées négativement (des électrons). La vitesse ici est proche de celle de la lumière et le parcours de ces électrons dans la matière est plus important que celui des particules alpha (de l’ordre de quelques mètres maximum dans l’air). Les émissions beta traversent sans problème une feuille de papier. Il faut un feuille d’aluminium pour les arrêter. La pénétration est dite moyenne.

Le rayonnement gamma

Les rayons gamma sont plus pénétrants que les rayonnements alpha et les bêta, mais sont moins ionisants. Ici, le noyau instable émet un photon très énergétique, donc très pénétrant, pour atteindre un état d’énergie stable ; il faut environ 1 à 5 centimètres de plomb pour l’absorber, et encore! On ne peut jamais absorber totalement un rayon gamma!

Il n’y a pas de différence entre les rayons gamma et les rayons X utilisés en radiographie, si ce n’est leur origine: en général, l’émission de rayons gamma suit une désintégration alpha ou beta, car elle correspond à un réarrangement des nucléons (les particules du noyau: protons et neutrons), et notamment à une réorganisation de la charge électrique à l’intérieur du nouveau noyau.

En général, un noyau radioactif émet simultanément les trois types de rayonnement.

Les 3 types de rayonnements ionisants et leur interaction avec la matière (Wikipedia)

Les 3 types de rayonnements ionisants et leur interaction avec la matière (Wikipedia)

 

Le décor est posé… Alors comment mesure-t-on ces types de radiation?

Vous pensiez que ça ne pouvait pas se gâter davantage? Détrompez-vous. On utilise communément au moins trois unités différentes pour mesurer les radiations et il s’agit de ne pas les mélanger…

Les échelles objectives

  • L’activité d’une source radioactive se mesure en becquerels (Bq). Cette unité correspond au nombre de désintégrations par seconde, en hommage à Henri Becquerel. (Pour corser un peu la chose, on utilise quelquefois – en biologie par exemple – le nombre de désintégrations par minute).
  • L’activité massique ou volumique est plus souvent utilisée. Elle correspond à l’activité rapportée à la masse (Bq/kg) ou au volume de l’échantillon mesuré (Bq/L ou Bq/m³).
  • Le curie (Ci) était autrefois utilisé : il se définit comme l’activité d’un gramme de radium, soit 37×109 désintégrations par seconde, soit 37 Bq = 1 nCi (nano-curie).
  • Le coulomb par kilogramme (C/kg) peut également être utilisé : il mesure l’exposition aux rayonnements X et gamma (la charge d’ions libérée dans la masse d’air). L’ancienne unité équivalente était le Roentgen qui correspond au nombre d’ionisations par kilogramme d’air.
  • Pour le radon, l’énergie alpha potentielle volumique (EAPV) peut être mesurée en joules par mètre cube (J/m³). Cela correspond à l’énergie des particules alpha émises dans un certain volume par les descendants du radon.

Vous êtes perdus? Ce n’est pas fini… Il s’agissait là des mesures objectives, c’est à dire découlant des observations des rayonnements eux-mêmes. On a également des mesures subjectives, qui mesurent l’impact des rayonnements sur les sujets.

Les échelles subjectives

Ce sont des grandeurs non mesurables directement. Elles sont estimées à partir de mesures et de coefficients de pondération définis par la Commission Internationale de Protection Radiologique (CIPR).

  • D’abord le gray (Gy). C’est la dose absorbée, soit l’énergie reçue par unité de masse de la cible, en joule par kilogramme. Je vous dispense de l’ancienne unité, le rad. 1 Gy = 100 rad. On définit également un débit de dose, c’est-à-dire l’énergie absorbée par kilogramme et par unité de temps, c’est-à-dire en gray par seconde (Gy/s).
  • Le sievert (Sv) est l’unité du Système International (SI) et pondère les  rayonnements pour tenir compte leur nocivité respective. En gros, on dira que le sievert est le gray appliqué à l’homme.
  • Enfin, on a la notion de dose efficace qui rend compte du risque d’apparition de cancer. L’unité utilisée est également le sievert.

Compliqué tout ça… Je vous propose de retenir 3 unités de mesure:

Le Becquerel (Bq) qui mesure le niveau de radioactivité et donne une idée de la dangerosité du produit. Becquerel: intensité.

Le Gray (Gy) qui mesure l’irradiation, soit la quantité d’énergie absorbée par de la matière (organisme ou objet) exposée à des rayonnements ionisants. Gray: impact.

Le Sievert (Sv) qui permet d’évaluer les effets biologiques des rayonnements sur l’homme, en fonction du type de rayonnement. Sievert: dégâts en fonction du type d’organisme impacté. Chez l’homme 1 Gray = 1 Sievert.

Mais chez les Virus, bactéries, protozoaires et protozaires, par exemple 1 Gray = 0,0003 – 0,03 Sievert.

Chez les insectes, 1 Gray = 0,002 – 0,1 Sv.

Chez les plantes, 1 Gray = 0,02 – 2 Sv!

Chez les oiseaux, 1 Gray = 0,15-0,6 Sv…

Pour bien comprendre quelle unité sert à quoi, je vous invite à consulter l’excellent dessin publié sur le blog “Seuls dans le cosmos”, dans un excellent article intitulé “La radioactivité pour les nuls“:

Très schématiquement, il est possible de mieux symboliser la relation entre ces trois unités avec l’image suivante : un enfant lance des balles en direction d’un camarade :

Le nombre de balles envoyées par seconde peut se comparer au nombre de particules de rayonnement émises par une source radioactive, c’est-à-dire son activité (Becquerel) ;

Le nombre de balles reçues par son camarade et leur force représentent l’énergie absorbée par Kg (Gray) ;

Les marques laissées sur son corps, selon que les balles sont plus ou moins lourdes et véloces et que les points touchés sont plus ou moins sensibles, sont l’effet produit, et peuvent se comparer à la dose efficace (Sievert).

La dose équivalente en banane

Je ne peux pas ne pas parler de l’unité la plus fabuleuse que j’aie trouvé en menant l’enquête, la dose équivalente en banane (ou DEB). C’est une unité informelle parfois évoquée par des partisans de l’énergie nucléaire, pour relativiser le danger des rayonnements ionisants en les comparant à ce qui est généré par une simple banane.

De nombreux produits alimentaires présentent une radioactivité naturelle, et en particulier les bananes, du fait du potassium 40 qu’elles contiennent à raison de 0,017 % du total. La dose équivalente en banane est donc la dose à laquelle on s’expose en mangeant une banane. J’ai même lu que les bananes sont suffisamment radioactives pour être repérées par les détecteurs utilisés dans les ports américains pour traquer la contrebande de matériel nucléaire!

Avant de refermer cette petite parenthèse, on va encore préciser que pratiquement tous les aliments sont naturellement radioactifs et que cette radioactivité ne vient pas pollution ou de contamination. Les noix du Brésil, par exemple, contiennent beaucoup de potassium, comme les bananes, et donc du potassium 40. Ce qui n’est pas du tout dangereux pour la santé, nous sommes tout à fait équipés pour assimiler ces doses. Les autres végétaux qui ont une radioactivité au-dessus de la moyenne, sont les pommes de terre, les haricots rouges, les noix et les graines de tournesol. Les noix du Brésil sont 4 fois plus radioactives que les bananes à cause de leur combinaison de potassium 40 et de radium 226. Toutes sources alimentaires confondues, l’exposition à la bouffe représente environ 10% du fond radioactif auquel nous sommes exposés en permanence.

Irradiation / Impact biologique des rayonnements

Des trois unités que nous venons de voir, celle qui nous intéresse pour déterminer les seuils de ce que l’on peut encaisser ou pas est la dernière, le Sievert… Enfin… Même là, on s’est arrangés pour complexifier un peu la donne. Quand on parle en Sieverts, il est déjà trop tard. 1 Sievert, c’est beaucoup, et ça cause déjà de gros dégâts. Avec 1 Sievert, on est très malade. Avec 5 Sieverts, 1 personne sur deux meurt.  Du coup, on parle plutôt de microSieverts (un millionième de Sievert) et de milliSievert. On va s’en tenir à cette dernière unité. Le milliSievert (ou millième de Sievert).

Quelques exemples d’exposition (source: http://en.wikipedia.org/wiki/Sievert#Dose_examples) :

Doses uniques

  • Radiographie dentaire: 0.005 mSv
  • Dose moyenne reçue par les gens habitant dans un rayon de 16 km de l’accident de la centrale de Three Mile Island, en Pensylvanie, au moment de l’accident en 1979 (un réacteur avait fondu):  0.08 mSv during the accident
  • Mammographie: 3mSv(J’ouvre une parenthèse ici pour rappeler que les médecins savent ce qu’ils font: si on vous prescrit une mammographie, c’est en connaissance de cause, et c’est parce que les bénéfices potentiels pour votre santé sont largement supérieurs aux risques! Cela est vrai pour toutes les techniques médicales listées ici!)
  • Un scan du cerveau: 0.8- 5 msV
  • Un scan des poumons: 6-18mSV
  • Un lavement baryté (examen du colon aux rayons X): 14 mSv
  • Limite recommandée (par la Commission internationale de protection radiologique) pour les sauveteurs volontaires: 1000 mSv

Exemples de doses horaires

  • Dose individuelle moyenne due au fond de radioactivité permanente : 0.23μSv/h (microSv/h, soit 0.00023mSv/h); 0.17μSv/h en Australie, 0.34μSv/h aux Etats-Unis (ce fond de radioactivité permanente est présent partout sur Terre, à des intensités variables et a des causes aussi bien naturelles qu’artificielles. Les rayons cosmiques, le gaz radon liberé par la croûte terrestre sont des exemples de cause naturelle. Environ 3% du total de ces rayonnements sont créés par l’homme: éclairages phosphorescents, traces de contaminations par des tests nucléaires, par des accidents nucléaires. Emissions dues aux appareils de médecine nucléaire
  • Dose la plus élevée mesurée pendant l’accident de Fukushima (à ce jour… Ça peut encore changer…): 1000 mSv/h (soit 1 Sv/h) au niveau de l’un des bassins d’eau de la chambre à turbines du réacteur 2.

Exemples de doses annuelles

  • Dose maximale tolérable pour les occupants d’une construction humaine, un bâtiment quoi… 1 mSv/année
  • Dose reçue quand on vit près d’une centrale nucléaire: 0.0001–0.01 mSv/année
  • Dose reçue quand on vit près d’une centrale à charbon: 0.0003 mSv/année
  • Dose reçue en dormant à côté d’un être humain pendant 8 heures chaque nui: : 0.02 mSv/année
  • Dose reçue des rayonnements cosmiques au niveau de la mer: 0.24 mSv/année
  • Dose reçue du rayonnement terrestre (au niveau du sol): 0.28 mSv/année
  • Dose naturelle de rayonnement du corps humain: 0.40 mSv/année
  • Dose en se tenant devant le Capitole des Etats-Unis à Washington (bâtiment en granit): 0.85 mSv/année
  • Personnel des vols New York-Tokyo: 9 mSv/année
  • Dose en fumant 30 cigarettes par jour: 13-60 mSv/année
  • Dose limite moyenne pour les employés du secteur nucléaire: 20 mSv/année
  • Dose limite pour les ouvriers pendant la catastrophe de Fukushima: 250 mSv/année

Symptômes d’une exposition aux rayonnements:

Pour des doses reçues dans la même  journée:

  • 0 – 0.25 Sv (0 – 250 mSv): Aucun symptôme
  • 0.25 – 1 Sv (250 – 1000 mSv): Nausée chez certaines personnes, perte d’appétit. Dégâts causés à la moelle osseuse, aux ganglions lymphatiques, à la rate.
  • 1 – 3 Sv (1000 – 3000 mSv): Nausée légère à sévère, perte d’appétit, infections. Dégâts plus sévères à la moelle osseuse, aux ganglions, à la rate; récupération probable mais pas garantie.
  • 3 – 6 Sv (3000 – 6000 mSv): Nausée très sévère, perte d’appétit. Hémorragies, infections, diarrhée, la peau pèle, stérilité. Mort en l’absence de traitement.
  • 6 – 10 Sv (6000 – 10000 mSv): Mêmes symptômes, plus atteintes aux système nerveux central. Mort prévisible.
  • Au-dessus de  10 Sv (10000 mSv): Paralysie et mort.

En France, la réglementation fixe les limites annuelles de radiation à 20 mSv  pour les travailleurs et à 1 mSvpour la population.

Modes de contamination

On ne va pas entrer dans les détails dans ce dossier. Primo parce que je n’ai pas eu le temps, je ne me rendais vraiment pas compte de l’ampleur de la tâche avant de m’attaquer à ce sujet et j’aurais peut-être dû prévoir de le couper en deux. Secundo parce que le dossier est déjà bien long. Davantage, ce serait l’indigestion assurée!

On va donc simplement dire qu’il y a plusieurs modes de contamination radioactive. Soit par l’exposition directe aux rayonnements alpha, beta ou gamma. Soit via la chaîne alimentaire (des substances radioactives, notamment de l’iode 131 sont déversées dans l’eau et absorbées par le plancton lui même avalé par les poissons, eux-mêmes mangés par l’homme, etc.

Idem sur la terre ferme et c’est d’ailleurs ce qui a provoqué autant de cancers de la thyroïde en Ukraine après Tchernobyl. Les vaches ont mangé de l’herbe contaminée, la radioactivité s’est retrouvée dans le lait, le lait dans les biberons et le taux de cancer chez les jeunes enfants a pris l’ascenseur. A Fukushima, cela ne se passe pas exactement de la même manière car des enseignements ont été tirés de la catastrophe de Tchernobyl.

Et l’iode 131 dans tout ça?

On en parle beaucoup dans les médias ces temps, et je viens d’en parler pas mal dans le dossier. On va s’arrêter deux minutes dessus. L’iode 131 est particulièrement instable puisqu’il contient 78 neutrons au lieu de 74 et fait tout ce qu’il peut pour retrouver son équilibre. C’est un des produits de fission de l’uranium et constitue un risque important de contamination environnementale en cas d’explosion nucléaire ou d’accident nucléaire. En raison du rayonnement beta émis lors de sa désintégration, l’iode 131 provoque des mutations génétiques dans les cellules où il pénètre, ainsi que dans les cellules voisines, mutations graves qui peuvent entraîner la mort de ces cellules. C’est la raison pour laquelle une dose élevée d’iode 131 peut s’avérer moins dangereuse qu’une dose plus faible, les cellules irradiées étant tuées au lieu de survivre comme germes d’un cancer.

C’est surtout la glande thyroïde qui accumule l’iode (radioactif ou non). D’où la proportion importante de cancers de la thyroïde chez les personnes exposées, particulièrement les enfants. La parade est pourtant  extrêmement simple, mais on n’y a pas pensé à l’époque de Tchernobyl alors que cela a été fait à Fukushima: la thyroïde ne peut absorber qu’une certaine quantité d’iode. Une fois saturée, elle n’absorbe plus rien. Il suffit de la gaver d’iode stable pour empêcher l’iode radioactif de s’infiltrer!

Usages thérapeutiques des radiations

Je ne peux pas clore ce dossier sans dire au moins un mot de l’utilisation des rayonnements en médecine humaine. Je ne vais pas en dire grand chose, faute de temps, mais juste au moins signaler deux champs d’application des radiations:

- la médecine nucléaire, évolution hyper high-tech des radiographies qui permet aujourd’hui une imagerie haute-définition de n’importe quelle partie du corps et qui permet des diagnostics dont on n’osait même pas rêver il y a quelques années

- la radiothérapie, qui utilise des rayonnements ionisants à très très haute dose (on parle de 50-60 Sv!) mais de manière extrêmement ciblée pour laisser le moins possible de chances de survie aux cellules cancéreuses.

Il y aurait de quoi évidemment consacrer un dossier entier à cette question-là spécifiquement (et à plein d’autres, à peine effleurés dans ce dossier), et on le fera peut-être (sûrement ;) ) un jour!

Pour conclure, un petit quiz:

La résistance des cafards. Mythe ou réalité?

Un épisode de l’émission de TV américaine  MythBusters a exposé plusieurs types d’insectes à une source de cobalt-60 dans un laboratoire pour voir si les cafards étaient effectivement les seuls insectes qui survivraient à une explosion nucléaire, comme le veut le mythe. A 100 Gray, 70% des cafards étaient morts après 30 jours. De même pour 40% des ténébrions meuniers exposés (coléoptères connus à l’état larvaire sous le nom de vers de farine).  A 1000 Gray, aucun cafard n’a survécu après 30 jours, alors que 10% des ténébrions de farine, si. Le mythe est donc infondé.

sources:

  • http://en.wikipedia.org/wiki/Radiation (en anglais)
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement
  • http://www.cna.ca/curriculum/cna_atomic_theory/introduction-eng.asp?bc=Introduction&pid=Introduction (en anglais)
  • http://en.wikipedia.org/wiki/Non-ionizing_radiation (en anglais)
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_non-ionisant
  • http://en.wikipedia.org/wiki/Ionizing_radiation (en anglais)
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_ionisant
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/Nombre_magique_(physique)
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/Isotope
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/Isotope_stable
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/Table_des_isotopes
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/Nombre_magique_(physique)
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/Radioactivit%C3%A9_%CE%B1
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayon_gamma
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/Irradiation
  • http://www.energethique.com/notions/radio_1_2343.htm
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89chelles_et_effets_de_doses_de_radiation
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/Becquerel
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/Gray_(unit%C3%A9)
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/Sievert
  • http://en.wikipedia.org/wiki/Sievert
  • http://seulsdanslecosmos.hautetfort.com/archive/2011/04/02/la-radioactivite-pour-les-nul-le-s.html
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/Accident_nucl%C3%A9aire_de_Three_Mile_Island
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89chelle_internationale_des_%C3%A9v%C3%A9nements_nucl%C3%A9aires
  • http://en.wikipedia.org/wiki/Background_radiation
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/Syndrome_d%27irradiation_aigu%C3%AB
  • http://en.wikipedia.org/wiki/Orders_of_magnitude_(radiation)
  • http://tumourrasmoinsbete.blogspot.com/2011/04/sources-la-carte-est-tiree-du-terrible.html
  • http://en.wikipedia.org/wiki/Banana_equivalent_dose
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/Dose_%C3%A9quivalente_en_banane
  • http://fr.wikipedia.org/wiki/Iode_131
  • http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_medicine
  • http://en.wikipedia.org/wiki/Radiation_therapy
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