Le rayonnement et l`exploration spatiale habitée

LE RAYONNEMENT COSMIQUE
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LE RAYONNEMENT ET L’EXPLORATION SPATIALE HABITÉE
Le rayonnement est un type d’énergie qui peut se propager dans l’espace sous la forme d’ondes ou de
particules se déplaçant à une grande vitesse. Tu as été exposé toute ta vie à de nombreuses formes de
rayonnement, probablement sans jamais le savoir!
TYPES DE RAYONNEMENT
La plus grande partie du rayonnement auquel on est exposé dans la vie quotidienne est le rayonnement
électromagnétique (REM), qui se compose d’énergie électrique et magnétique. Ce type de
rayonnement englobe toute une gamme d’énergies (ou de fréquences), depuis l’énergie très faible,
comme les ondes radio, jusqu’à l’énergie très haute, comme les rayons gamma. Cette gamme
d’énergies est appelée « spectre électromagnétique ». Le REM est caractérisé par une fréquence
(nombre d’ondes par seconde) (voir le bas de la figure 1) et une longueur d’onde (distance entre les
crêtes d’onde adjacentes – voir le haut de la figure 1). Plus la fréquence est élevée (par exemple à
l’extrémité du spectre occupée par les rayons gamma), plus l’onde est courte.
La lumière visible, l’ultraviolet, l’infrarouge, les ondes radio, les micro-ondes, les rayons X et les rayons
gamma sont tous des formes naturelles de REM (voir la figure 1). Les seules parties du spectre
électromagnétique que nos sens peuvent détecter directement sont l’infrarouge (ressenti comme de la
chaleur) et la lumière visible. On ne peut pas voir ni sentir les ondes radio, les rayons X et les rayons
gamma, mais ils peuvent traverser le corps. Le REM se déplace en petits paquets (quanta) d’énergie
appelés « photons » (paquets d’énergie de charge électrique nulle qui se propagent dans le vide à la
vitesse de la lumière, soit 3,00 x 108 m/s).
Figure 1 : Spectre des ondes électromagnétiques. (Image du domaine public tirée du site
Web de la Faculté de médecine de l’Université de Strasbourg (http://www-ulpmed.ustrasbg.fr/ipb/edu/pcem2/grucker1/sld007.htm).
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Le rayonnement peut être ionisant ou non. Le rayonnement non ionisant n’a pas assez d’énergie pour
ioniser les atomes ou les molécules (et ainsi leur faire acquérir ou perdre des électrons). Il comprend
notamment les ondes radio, les micro-ondes et la lumière visible. Il ne peut ioniser les atomes, mais
n’est pas pour autant complètement inoffensif. Les micro-ondes sont assez énergétiques pour cuire vos
aliments et l’ultraviolet pour vous donner un coup de soleil. Le rayonnement ionisant a assez d’énergie
pour éjecter des électrons de leur atome d’origine et libérer ainsi des ions. Les rayons X et gamma sont
deux formes de rayonnement ionisant. Ce type de rayonnement très énergétique peut rapidement
provoquer le cancer, voire détruire des cellules sur le coup. C’est pour cette raison que l’on vous fait
porter un tablier de plomb pour prendre une radiographie dentaire et que les techniciens se placent dans
une salle différente pour utiliser les appareils de radiologie.
Rayonnement particulaire
Le rayonnement particulaire se compose de particules atomiques ou subatomiques, par exemple des
protons, des neutrons et des électrons, qui possèdent une énergie cinétique (énergie d’une masse en
mouvement). Les particules alpha (grosses particules lentes de charge positive composées de deux
protons et de deux neutrons, comme le noyau de l’hélium) et les particules bêta (petites particules
rapides de charge positive – positrons – ou négative – électrons) sont un type de rayonnement
directement ionisant parce qu’elles portent une charge et peuvent entrer directement en interaction
avec les électrons atomiques grâce aux forces coulombiennes (c.-à-d. que les charges de même
nature se repoussent, tandis que celles de nature opposée s’attirent). Les neutrons se trouvent dans le
noyau des atomes et, contrairement aux protons et aux électrons, il s’agit de particules chargées. Le
rayonnement neutronique est un type de rayonnement indirectement ionisant émis lorsque des
neutrons sont libérés des atomes. Ces neutrons libres peuvent réagir avec le noyau d’autres atomes
pour former de nouveaux isotopes (variantes d’un élément ayant le même nombre de protons mais un
nombre différent de neutrons), qui peuvent à leur tour émettre un rayonnement, par exemple des rayons
gamma. On dit que le rayonnement neutronique est « indirectement ionisant » parce qu’il n’ionise pas les
atomes de la même manière que les particules chargées.
RAYONNEMENT COSMIQUE
On trouve du rayonnement partout dans l’environnement terrestre – dans l’air, l’eau, les aliments, le sol
et tous les organismes vivants. Le Soleil et l’espace lointain émettent aussi un rayonnement. Le
rayonnement spatial, aussi appelé « rayonnement cosmique », comprend à la fois un rayonnement
électromagnétique, comme les rayons gamma, et des particules, comme le noyau des atomes. Fort
heureusement, l’atmosphère et la magnétosphère (champ magnétique) de la Terre aident à les
absorber et à les filtrer, ce qui nous protège contre les fortes doses de rayonnement cosmique.
Certaines formes de rayonnement arrivent toutefois à les traverser. La dose de rayonnement cosmique
que reçoivent les gens dépend de l’altitude. Comme l’atmosphère est plus mince en haute altitude, elle y
filtre moins ce rayonnement qu’en basse altitude.
LES DANGERS LIÉS AU RAYONNEMENT ATTRIBUABLE AUX VOYAGES DANS L’ESPACE
Le rayonnement cosmique constitue l’un des pires dangers pour les voyageurs de l’espace. Les
particules cosmiques, très énergétiques et rapides, sont dangereuses pour les personnes et les
appareils. En effet, lorsque ces particules entrent en collision avec une autre matière, par exemple un
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vaisseau spatial, la Station spatiale internationale ou un tissu humain, elles peuvent fractionner les
molécules et entraîner ainsi la formation de particules secondaires, par exemple des protons, des
neutrons et d’autres particules subatomiques. Le principal danger que posent les neutrons tient à leur
capacité de pénétrer la matière. Puisqu’ils sont gros et non chargés, les neutrons sont plus pénétrants
que les particules alpha ou bêta et même les rayons gamma (voir la figure 2). Si des cellules ou des
tissus humains y sont exposés, le rayonnement neutronique peut provoquer une mutation des cellules
ou les détruire ou encore causer le cancer. Il nous reste beaucoup à apprendre sur le rayonnement
cosmique et c’est pourquoi la recherche dans le domaine est importante pour les missions spatiales à
venir. D’ailleurs, on mène actuellement ce type de recherche dans la Station spatiale internationale!
Particules alpha
Particules bêta
Rayons X et
gamma
Neutrons
Feuille de
papier ou
tissu
humain
Feuille de
métal (p. ex.
aluminium)
Plaque de fer
ou de plomb
Figure 2 : Capacité de pénétration de différentes formes de rayonnement.
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Mur épais fait d’une matière
renfermant de l’hydrogène (p.
ex. de l’eau ou du béton)