Plutonium - Définition

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Aspects médicaux

Radioprotection

Le plutonium répond aux définitions admises de « polluant ». Il fait partie des éléments présentant une « radiotoxicité très élevée ».

Ce métal est normalement absent dans la nature à la surface du globe, mais il a été produit et diffusé en quantité significative et encore mesurable dans l'atmosphère et la biosphère, essentiellement dans les années 1945 à 1970 par les essais et tirs nucléaires (et marginalement avec aussi des retombées plus locales ou régionales lors de la catastrophe de Tchernobyl).

Tous les isotopes et composés du plutonium sont toxiques et radioactifs.

Ce qui le rend dangereux est d'une part sa forte activité spécifique, et d'autre part l'énergie de ses émissions alpha (de l'ordre de 5 MeV, à comparer au 0,02 MeV du tritium). Le plutonium est d'autant plus dangereux que sa période radioactive est courte: le Pu 239 est comparativement quatre fois moins radioactif que le Pu 240. Le radio-isotope le plus dangereux est le Pu 241, qui est extrêmement radioactif (mille fois plus que les précédents), est un émetteur β- (donc plus pénétrant que les particules alpha), et présente dans sa chaîne radioactive des émetteurs de rayons gamma durs particulièrement dangereux, comme l'américium 241. Paradoxalement, c'est donc le plutonium dit "de qualité militaire", formé essentiellement de Pu 239, qui est le moins dangereux en termes de radiotoxicité : il est relativement stable, et peut être manipulé avec des gants épais.

Isotope Activité spécifique (Curie / g) Activité spécifique (x10^9 Bq / g) Radiotoxicité en ingestion (µSv/Bq) Radiotoxicité en ingestion (Sv/µg) Radiotoxicité "M" en inhalation (µSv/Bq)
Pu 238 17,3 640 4 2,56 78
Pu 239 0,063 2,3 4,2 0,01 80
Pu 240 0,23 8.5 4,2 0,035 80
Pu 241 104 3848 0,056 0,215 0,91

L'isotope le plus dangereux est le Pu 238, utilisé dans des générateurs thermoélectriques à radioisotope : un millionième de gramme (microgramme) ingéré et fixé dans l'organisme suffit à délivrer une dose équivalente calculée de quelques sievert. Cependant, cette dose est délivrée sur toute une vie, et correspond à un débit de dose relativement faible (de l'ordre de quelques dizaines de µSv/h) dont les effets sont très mal connus. Les isotopes utilisés dans l'industrie électronucléaire sont dix à cent fois moins radiotoxiques.

On estime qu'une quantité de l'ordre d'une dizaine de milligrammes provoque le décès d'une personne ayant inhalé en une seule fois des oxydes de plutonium.

L'apparition de tumeurs pulmonaires a été mise en évidence chez le chien et le rat après inhalation de composés peu solubles tels que les oxydes de plutonium : la relation dose-effet mise en évidence comporte un seuil d'apparition des tumeurs pour une dose au poumon autour de 1 Gy. Ce seuil d'apparition des tumeurs correspondrait chez l'homme à un dépôt pulmonaire d'environ 200 000 Bq (soit 87 µg) d'oxyde de 239Pu.

Toxicocinétique

Le plutonium est un émetteur de rayonnement alpha, type de rayonnement facilement arrêté par les parois fines, y compris par la peau. Cependant, s'il est inhalé ou ingéré, il irradie directement les cellules des organes qui sont en contact avec lui (ou qu'il a pénétré). Il peut alors affecter leur noyau et l'ADN et provoquer des cancers. Son activité interne est d'autant plus dangereuse qu'une part importante du plutonium absorbé par l'organisme s’y fixe durablement ; sa demi-vie biologique est estimée être de 200 ans. À cause de ses caractéristiques et nombreux isotopes, il faudrait distinguer la toxicité de court, moyen et long terme, et les cas d'exposition externe et interne.

En cas d'ingestion par un individu sain, seul environ 0,05 % est absorbé par le tube digestif.
Le plutonium franchit mal la barrière cutanée (si la peau est en bon état).
Par contre, une part importante du plutonium inhalé passe des poumons au sang qui le diffuse vers d'autres organes, plus ou moins vite et bien selon la taille des particules, et selon la nature et la solubilité du composé. Chez l'animal de laboratoire exposé à des taux élevés de plutonium, les tissus cibles ont été les poumons, les ganglions lymphatiques, le foie et les os (avec réduction de la durée de vie, cancers et pathologie pulmonaires).

On estime que chez l'Homme, 10 % du plutonium qui a franchi la barrière intestinale ou pulmonaire quitte le corps (via l'urine, et les excréments). Le reste après passage dans le sang se fixe pour moitié dans le foie et pour moitié dans le squelette, où il demeure très longtemps et pour partie à vie (Le DOE américain estime que la demi-vie dans l'organe est respectivement de 20 et 50 ans pour le foie et l'os, selon des modèles simplifiés ne tenant pas compte de redistributions intermédiaires (en cas de fracture et/ou de ménopause (cf. décalcification) et lors du recyclage normal de l'os, etc). Le DOE précise que le taux accumulé dans le foie et le squelette dépend aussi de l'âge de l'individu (l'absorption dans le foie augmente avec l'âge), et qu'en fait, le plutonium se fixe d'abord sur la surface corticale et trabéculaire des os avant d'être lentement redistribué dans tout le volume minéral osseux.

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