Qu'est-ce que le radon

Le radon se situe au bas du groupe 18 — les gaz nobles — dans la septième période du tableau périodique. Sa configuration électronique est [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶, avec une couche p externe complètement remplie (six électrons de valence), ce qui explique son inertie chimique.

Dans des conditions standard, le radon est un gaz monoatomique incolore, inodore et sans saveur avec une densité de 9,73 kg/m³ à 0°C et 1 atm — ce qui en fait le gaz le plus dense à température ambiante, environ sept fois et demie plus lourd que l'air. Il se condense en un liquide incolore à −61,7°C et gèle en un solide luminescent jaune puis orange à −71°C ; la luminescence est produite par l'intense rayonnement alpha de sa propre désintégration.

Le radon est le seul produit gazeux des séries de désintégration de l'uranium et du thorium, et cette propriété unique — être à la fois radioactif et gazeux — est ce qui en fait un danger pour la santé : contrairement à son parent radium et à son descendant polonium (tous deux solides), le radon s'échappe de la roche et du sol et s'accumule dans l'air confiné.

Le radon possède 39 isotopes connus, tous radioactifs, couvrant les nombres de masse de 193 à 231. Seuls trois existent naturellement en tant que membres des séries de désintégration primordiales. Chacun porte le nom de sa chaîne parente et possède une demi-vie et une signification sanitaire différentes.

Trois facteurs font du ²²²Rn la principale préoccupation en matière de radon intérieur. Premièrement, son parent radium-226 a une très longue demi-vie (1600 ans) et est répandu dans les roches et sols uranifères, fournissant un approvisionnement persistant et presque constant en ²²²Rn.

Deuxièmement, la demi-vie de 3,82 jours du ²²²Rn lui-même est suffisamment longue pour que le gaz diffuse à travers des mètres de sol perméable et pénètre dans les bâtiments avant de se désintégrer, mais suffisamment courte pour délivrer une radioactivité significative une fois à l'intérieur.

En revanche, le ²²⁰Rn (thoron) se désintègre en moins d'une minute, il voyage donc rarement loin de son point d'origine ; le ²¹⁹Rn (actinon) se désintègre en environ 4 secondes et ne contribue presque rien à l'air intérieur. Lorsque nous parlons de « radon » dans le contexte de la qualité de l'air intérieur et de la santé, nous entendons ²²²Rn.

Le radon-222 subit une désintégration alpha avec une demi-vie de 3,8235 jours (soit 3 jours, 19 heures, 45 minutes). La désintégration se fait essentiellement à 100 % par émission d'une particule alpha avec une énergie de 5,4897 MeV, produisant du polonium-218.

Une particule alpha est un noyau d'hélium-4 (deux protons, deux neutrons) émis à grande vitesse. L'alpha de 5,49 MeV du ²²²Rn parcourt environ 4 centimètres (environ 1,5 pouces) dans l'air avant de s'arrêter, déposant son énergie le long d'une trace d'ionisation dense. Dans les tissus ou l'eau, la portée n'est que d'environ 40 à 70 micromètres — plus courte que l'épaisseur de la couche externe morte de la peau humaine.

Cela signifie que le gaz radon à l'extérieur du corps est essentiellement inoffensif : la particule alpha ne peut pas pénétrer la peau. Le danger survient lorsque le radon est inhalé. La plupart du radon inhalé est expiré avant de se désintégrer, mais ses produits de désintégration — atomes solides, radioactifs, chargés — s'attachent aux aérosols ou aux surfaces des voies respiratoires et se désintègrent sur place, irradiant les tissus pulmonaires de l'intérieur.

Le radon a été découvert en 1899 par Ernest Rutherford et Robert B. Owens à l'Université McGill lors de l'étude de l'« émanation radioactive » des composés de thorium — ce que nous connaissons maintenant sous le nom de thoron (²²⁰Rn).

En 1900, Friedrich Ernst Dorn en Allemagne a observé que les composés de radium libéraient de manière similaire un gaz radioactif ; c'était le ²²²Rn. Le gaz a d'abord été appelé « émanation de radium » puis « niton » (du latin nitens, brillant) avant que le nom radon ne soit officiellement adopté en 1923.

Marie et Pierre Curie ainsi qu'André-Louis Debierne ont isolé le gaz et étudié ses propriétés au début des années 1900. La première mesure précise de la demi-vie du radon (3,825 jours) date de 1911, et sa densité a été mesurée pour la première fois en 1910.

Lorsqu'un atome de radon se désintègre, il ne devient pas stable — il initie une cascade de désintégrations radioactives supplémentaires à travers une chaîne de « descendants » ou « filles » de courte durée. Pour le ²²²Rn, la séquence de désintégration est :

²²²Rn → ²¹⁸Po → ²¹⁴Pb → ²¹⁴Bi → ²¹⁴Po → ²¹⁰Pb (qui continue ensuite par ²¹⁰Bi et ²¹⁰Po jusqu'au ²⁰⁶Pb stable)

Contrairement au radon, qui est un gaz chimiquement inerte, ces descendants sont des atomes métalliques solides (polonium, plomb, bismuth) qui sont chimiquement réactifs, portent des charges électriques et s'attachent aux particules de poussière ou directement aux surfaces des voies respiratoires lorsqu'ils sont inhalés.

Les quatre premiers membres — ²¹⁸Po (demi-vie 3,05 min), ²¹⁴Pb (26,8 min), ²¹⁴Bi (19,9 min) et ²¹⁴Po (164 microsecondes) — se désintègrent rapidement. Deux d'entre eux, ²¹⁸Po et ²¹⁴Po, émettent des particules alpha de haute énergie (6,00 et 7,69 MeV). Ce sont ces émissions alpha des descendants déposés, et non du gaz radon lui-même, qui délivrent essentiellement toute la dose pulmonaire et génèrent le risque de cancer.

Les particules alpha déposent de l'énergie en traces denses et linéaires — une propriété quantifiée comme un transfert d'énergie linéique (TEL) élevé, typiquement autour de 100 à 200 keV/μm dans les tissus. Ce dépôt d'énergie concentré produit des ionisations groupées et des dommages à l'ADN complexes et difficiles à réparer dans les cellules le long de la trace.

L'efficacité biologique du rayonnement alpha est environ 20 fois supérieure à celle des rayons X ou gamma par unité de dose absorbée, comme le reflète le facteur de pondération radiologique de 20 attribué aux particules alpha par les normes internationales de radioprotection (CIPR).

Parce que les particules alpha ont une portée très courte (dizaines de micromètres dans les tissus), elles ne sont dangereuses que lorsque la source radioactive est à l'intérieur ou en contact direct avec le corps. Les descendants du radon déposés sur les surfaces des voies bronchiques irradient les cellules basales et sécrétoires sensibles de l'épithélium à bout portant, initiant les mutations de l'ADN qui peuvent conduire au cancer du poumon.

Le radon est détecté et mesuré en exploitant sa désintégration radioactive. Les méthodes les plus courantes détectent soit les particules alpha émises par le radon et ses descendants, soit les rayons gamma émis par les nucléides descendants.

Les méthodes de détection alpha comprennent les moniteurs continus de radon (qui utilisent des chambres d'ionisation, des cellules à scintillation ou des détecteurs au silicium pour compter les alphas en temps réel) et des dispositifs passifs tels que les détecteurs à traces alpha (qui enregistrent les traces de dommages laissées par les alphas dans un film plastique pendant des semaines ou des mois) et les chambres d'ionisation à électret (qui mesurent la chute de tension induite par l'ionisation).

Les méthodes de détection gamma, telles que la spectrométrie gamma utilisant des détecteurs au germanium de haute pureté ou à l'iodure de sodium, identifient le radon indirectement en détectant les rayons gamma caractéristiques du ²¹⁴Pb (352 keV) et du ²¹⁴Bi (609 keV). Le comptage par scintillation avec du sulfure de zinc ou des cellules de Lucas détecte les scintillations alpha.

Le comptage par scintillation liquide est utilisé pour le radon dans les échantillons d'eau. Les bidons de charbon actif adsorbent passivement le radon de l'air et sont ensuite analysés par comptage gamma.

La concentration d'activité du radon — le nombre de désintégrations radioactives par unité de temps et par unité de volume — est mesurée en becquerels par mètre cube (Bq/m³) dans les unités SI ou en picocuries par litre (pCi/L) dans l'unité traditionnelle encore largement utilisée aux États-Unis.

La conversion est : 1 pCi/L = 37 Bq/m³. Un becquerel équivaut à une désintégration radioactive par seconde ; un picocurie équivaut à 0,037 Bq, soit environ 2,22 désintégrations par minute. Un niveau de radon intérieur typique de 50 Bq/m³ (~1,35 pCi/L) correspond à environ 110 atomes de radon se désintégrant par seconde dans chaque mètre cube d'air.

Une seule mesure de radon à court terme peut varier considérablement en raison de la météo, de la ventilation et des effets saisonniers. Des mesures à long terme (90 jours à un an) sont nécessaires pour estimer l'exposition moyenne annuelle, qui est ce qui est corrélé au risque pour la santé.

Les autorités internationales et nationales utilisent des niveaux de référence ou des niveaux d'action comme seuils de décision. L'Organisation mondiale de la santé recommande un niveau de référence de 100 Bq/m³ (2,7 pCi/L), avec 300 Bq/m³ comme limite supérieure si 100 ne peut être atteint. Le niveau d'action de l'EPA américaine est de 148 Bq/m³ (4 pCi/L). La directive de l'Union européenne fixe 300 Bq/m³ pour les bâtiments existants et 200 Bq/m³ pour les nouvelles constructions.

Ces niveaux représentent des points au-dessus desquels une action corrective est recommandée pour réduire l'exposition. Il n'existe pas de seuil sûr — le risque augmente linéairement avec l'exposition même à des niveaux faibles — mais l'assainissement devient de plus en plus rentable et urgent à mesure que les concentrations dépassent les niveaux de référence.

Les niveaux de radon supérieurs à 1000 Bq/m³ (~27 pCi/L) sont rares mais se produisent dans les zones à radon élevé, en particulier dans les sous-sols mal ventilés au-dessus de roches uranifères ou fracturées, et justifient une atténuation immédiate.