Le rayonnement et l’exploration spatiale habitée

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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 nous sommes exposés 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. Nous ne pouvous 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).

Spectre des ondes electromagnetiques
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.u-strasbg.fr/ipb/edu/pcem2/grucker1/sld007.htm)

Le rayonnement peut être ionisant ou non. Le rayonnement non ionisantn’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 nos aliments et l’ultraviolet, pour nous donner un coup de soleil. Le rayonnement ionisanta 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 nous 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) émettent un rayonnement directement ionisant parce qu’elles sont chargées 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 non chargées. Ils émettent un rayonnement indirectement ionisant lorsqu'ils 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.

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 la matière, par exemple un 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, la capacité de pénétration des neutrons est supérieure à celle des particules alpha ou bêta et même à celle des 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, les détruire ou 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!

Spectre des ondes electromagnetiques
Figure 2 : Capacité de pénétration de différentes formes de rayonnement.

Un auteur de CC

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