Le TPE
I] La Radioactivité
-Historique
-Définition
-Mécanismes
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II] Risques : l'Environnement
-Phénomènes Observables
-Pourquoi ces phénomènes ?
-Exemple Actuel
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III] Risques : l'Homme
-Maladies
-Pourquoi ces maladies ?
-Consequences pour un exemple actuel
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II] Risques sur l'Environnement :
1 ) Les Consequences des differents rayonnement

Les rayonnements ont des conséquences variées. Ils peuvent avoir des effets sur l’ADN ou sur des composants de la cellule. Notre étude se fera à ces deux échelles.

II] Risques sur la Nature :

1) L'ionisation
Les radiations ionisantes sont les radiations causées par le passage des particules émises par un élément radioactif dans un tissu vivant. Lors d'une désintégration, des photons sont libérés par le noyau. Lorsque l'énergie d'un photon libéré est plus grande que l'énergie de liaison des électrons avec le noyau, l'électron peut être éjecté de son orbite, produisant un cation. L'énergie de liaison des électrons est de l'ordre de 10 eV, et les radiations d'énergie supérieure à 10 eV sont appelées radiations ionisantes.
Ces radiations peuvent entraîner une modification des atomes de trois manières différentes :

 A. effet photoélectrique 

Les photons de faible énergie (10 à 100 keV) perdent leur énergie par effet photoélectrique : l'énergie du photon est transférée à un électron d'une orbite interne, qui est expulsé. L'effet biologique est la conséquence du trajet de cet électron.

B. effet Compton :

Entre 100 keV et 10 MeV, les photons perdent leur énergie par effet Compton. Le photon incident provoque l'arrachement d'un électron d'une orbite externe, et l'émission d'un photon de moindre énergie pouvant interagir avec les atomes voisins.

C. collision avec le noyau
Au-delà de 1,02 MeV, le photon peut entraîner la collision avec le noyau entraînant l'arrachement d'un électron et d'un positon. Le positon produit deux photons de 0,51MeV, qui se déplacent en sens opposé.

Le phénomène d'ionisation
.

Une particule chargée (ici une particule alpha) dotée d’une grande énergie expulse un électron d’un atome rencontré sur son chemin. L’atome qui a perdu un électron est devenu un ion. Son cortège électronique est perturbé, des liaisons avec ses voisins sont rompues. Finalement l’énergie transférée par la particule alpha, se retrouve dans le milieu sous forme de radiations électromagnétiques ou de chaleur. La particule alpha, contrairement à ce qu’indique le dessin, peut arracher des électrons à distance grâce à sa charge électrique : elle ionise des centaines de milliers, voire des millions d’atomes, avant de s’arrêter.

Les rayonnements ionisants

Les différents rayonnements alpha, beta-, beta- et gamma ne presentent pas les mêmes dangers d'ionisation. Ils ne possèdent pas la même quantité d'énergie et certains sont arrêtés plus facilement que d'autres. Le document ci-dessous montre les capacités de pénétration de chacune:

 2) Les radicaux libres
La déstabilisation des atomes par les radiations ionisantes entraîne la production de radicaux libres dans la cellule. Les radicaux libres sont des molécules qui possèdent un électron non apparié, sont produits en permanence dans le corps humain et remplissent plusieurs fonctions notamment de défense. Cependant, les radicaux libres produits en excès par les radiations ionisantes sont nocifs.
Chaque atome est formé de deux éléments :un noyau, formé de protons et de neutrons, et des électrons qui gravitent autour du noyau, prenant place, à cause des lois de la physique, sur des orbites. Sur la première orbite, il ne peut y avoir que deux électrons ; sur la deuxième, seulement huit. Pour qu'il y ait des électrons sur une orbite, toutes les orbites inférieures doivent être remplies. Dans un radical libre, le nombre d'électrons sur la dernière orbite est impair.
Puisque les électrons sont normalement en couples dans les orbites, ces électrons solitaires cherchent donc à créer une liaison avec une molécule. Ils sont de ce fait très instables et par conséquent très réactifs. Ces radicaux libres créés par les radiations ionisantes interagissent avec les molécules voisines et causent ainsi des lésions à l'intérieur des cellules.

A Les effets génétiques
Les rayonnement radioactifs agissent aussi sur le matériel génétique des cellules irradiées. Ces effets sont entièrement aléatoires et s'expriment de trois façon différentes :
-Cassure directe de la molécule d'ADN Ce sont les liaisons phosphodiester d’un brin qui peuvent être rompues. L’ADN conserve sa structure d’origine, cependant, si les cassures ne sont pas réparées, cela peut entraîner la mort de la cellule. De plus, on peut observer parfois une section au niveau de la double hélice : deux liaisons phosphodiester homologues sont alors rompues simultanément. Il s’agit alors d’une lésion grave produite par les radiations ionisantes et par les agents radiomimétiques.

-Ionisation des bases azotées codant l'information génétique.

 -Effet indirect dû à la radiolyse de l'eau contenue dans les cellules.

Un chromosome muté suite à une irradiation
.

Exposé à une source radioactive, l'ADN peut subir différents types de dommages expliqués ci-dessus. Des mécanismes enzymatiques de réparation sont alors capables de rétablir l'intégrité de la molécule. Leur efficacité dépend de la densité des lésions ainsi que de leur nature. La dose et le débit de dose interviennent. A fort débit de dose, il peut y avoir saturation des mécanismes de réparation. Ceci explique qu'une dose reçue en une fois ait des effets plus importants qu'une dose fractionnée qui laisse aux mécanismes de réparation la possibilité de jouer leur rôle.
. Ces mutations peuvent aussi atteindre les cellules germinales et donc devenir héréditaires


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  La double hélice de l'ADN (A = adénine / C = cytosine / G = guanine / T = thymine)

B. L'action sur les tissus vivants
Au niveau de la cellule, la lésion de l'ADN peut provoquer la modification des informations contenues (mutation), ou bien une perte de viabilité (mort cellulaire). A dose égale de rayonnements absorbés, les cellules ont une sensibilité différente : elles sont d'autant plus radiosensibles qu'elles se divisent plus (c'est le cas de la moelle osseuse, des cellules reproductrices et du tissu embryonnaire).
Un autre mécanisme a aussi été mis en évidence : la cellule fortement lésée peut provoquer sa propre mort en activant des gènes suicides. C'est la mort programmée, aussi appelée " apoptose ". Si la lésion de l'ADN a échappée à tous ces mécanismes, elle conduit à une mutation irréversible qui est fixée dans le génome. La cellule mutée se divisera alors en cellules-filles identiques à elle-même, qui se diviseront à leur tour, et ainsi de suite
La capacité de division de la cellule mutée dépend de la nature du tissu. Le tissu à l'origine des cellules sanguines est constitué de cellules qui se multiplient en permanence. Même si une seule cellule mute, on obtiendra bientôt par divisions successives toute une colonie de clones mutés

 

Un exemple des conséquences de la radioactivité sur la nature

 

Champignons radio-actifs

Ces 50 Kg de champignons radioactifs ont été saisis en septembre dans le département des Bouches du Rhône (Sud de la France). Ces moisissures récoltées dans les pays de l'Est et revendues à prix d'or sur les marchés provençaux avaient probablement été cueillies dans les environs d'une centrale nucléaire Russe. Avec l'effondrement du marché soviétique il ne sera pas rare de rencontrer ce type de marchandise frelatée. Les terrains radioactifs engendrent des mutations et permettent aux champignons de pousser plus rapidement et surtout d'atteindre des tailles beaucoup plus importantes.
Mais leur ingestion, sans être mortelle, peut entraîner des lésions irréversibles des muqueuses buccales et de l'estomac.
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pernicieux des près              morille irradié                       chanterelle contaminé