Couteau suisse en rayons

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Il est possible de faire une multitude de choses avec des sources radioactives. Les rayonnements ionisants employés comme outils servent par exemple, dans l’industrie, à durcir des résines. Projetés sur des tissus vivants, ils permettent de tuer des micro-organismes nocifs ou des cellules cancéreuses, ou bien de provoquer des mutations chez des végétaux (lire la brève "La fabrique des mutants" ). La radioactivité est aussi exploitée dans de nombreux domaines via des instruments de mesure. On l’utilise notamment pour examiner des éléments mécaniques peu accessibles : une pièce dont l’épaisseur a diminué sous l’effet de frottements absorbera moins de rayonnements qu’une pièce neuve. Elle permet aussi de suivre le cheminement de matières dans l’environnement et d’en mesurer les proportions (par exemple afin de déterminer l’envasement d’un milieu aquatique) ou encore de détecter des fuites de fluides dans une installation industrielle. Toutefois, à l’exception des dispositifs de grandes tailles comme les centrales nucléaires ou les accélérateurs de particules, les appareils radioactifs tendent à se raréfier : on proscrit les détecteurs de fumée radioactifs ; on utilise plutôt des colorants pour étudier les déplacements de liquides et des ultrasons pour détecter les défauts des matériaux... Il s’agit en effet de diminuer les risques d’accidents ou d’usages malveillants. C’est pourquoi il est de plus en plus difficile, pour les industriels comme pour les chercheurs, de pouvoir se procurer des sources radioactives

Les folles années du radium

© Institut Curie

C ‘était au temps où l’on ne savait rien des risques liés aux rayonnements ionisants, juste après la découverte de la radioactivité par Henri Becquerel, en 1898, et celle du radium par Pierre et Marie Curie, deux ans plus tard. Jusqu’à la fin des années 1930 où la nocivité de sa radioactivité devient enfin notoire, ce métal blanc argenté fascine. Des romans d'aventure comme ceux de Maurice Leblanc (dont L’île aux trente cercueils avec Arsène Lupin, en 1919) mettent en scène de mystérieux effets liés à la lumière qui s’en dégage. Dès 1911, des médecins l’emploient en curiethérapie contre les cancers, maladies réputées incurables, contribuant ainsi à sa popularité et donnant lieu à toutes sortes d’applications. L’eau au radium jouit alors d’une réputation de fontaine de jouvence ; l’élément entre dans la composition de cosmétiques et de fortifiants, de laine pour bébé, d’aliments pour le bétail... à petites doses cependant, car le radium est rare et cher. On pourrait s’indigner aujourd’hui du manque de précaution de nos aïeux. Ce serait oublier qu’à leur époque, la culture de la notion de risque n’avait pas l’importance qu’elle revêt aujourd’hui.

Nettoyeurs de sang

© StockXpert / Ronen

Quand un volontaire fait don de ses globules rouges et de ses plaquettes, il donne aussi ses globules blancs, ou leucocytes, qui risquent de provoquer une grave réaction de rejet s’ils sont transfusés à des patients immunodéprimés (dont les défenses immunitaires sont amoindries). Pour éviter ce problème, une filtration du sang permet d’écarter plus de 99% des cellules indésirables ; afin de neutraliser les derniers leucocytes, on détruit leurs acides nucléiques en les irradiant. Ce traitement n’a d’impact ni sur les globules rouges ni sur les plaquettes car ceux-ci sont dépourvus de noyaux. Comme l’indique Bruno Laviron, responsable de l’équipement d’irradiation à l’établissement français du sang (EFS) à Nantes, il s’agit à ce jour de la seule technique autorisée en France pour obtenir des produits sanguins totalement exempts de leucocytes. à Nantes comme à Angers, près de 14 000 irradiations de sang sont effectuées chaque année

Conan l’invincible

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Croire qu’aucun organisme vivant ne résiste à la mise en charpie de son ADN par les rayons gamma c’est mal connaître deinococcus radiodurans ! Alors qu’un être humain succomberait si l’ensemble de son corps était exposé à une irradiation de 10 grays, celle qu’on surnomme « conan la bactérie » survit à une dose 5 000 fois supérieure. Plus exactement, elle se régénère en quelques heures, en remettant en état de marche l’intégralité de son génome. La découverte de la bactérie et de sa radiorésistance exceptionnelle remonte à 1956 mais c’est 50 ans plus tard qu’une équipe parisienne de l’Inserm, dirigée par Miroslav Radman, a enfin mis en évidence son système de reconstitution de chromosomes entiers. Il existe un mécanisme de réparation des lésions ponctuelles de l’ADN cellulaire largement répandu au sein du vivant mais le processus dont il s’agit ici est autrement plus efficace. d’ici à le reproduire en laboratoire pour ouvrir la voie vers une nouvelle médecine régénératrice, il n’y a qu’un pas (ou presque) que bon nombre de biologistes moléculaires cherchent maintenant à franchir.

La fabrique des mutants

Une loterie génétique

Le génome des êtres vivants subit naturellement des mutations aléatoires qui sont responsables de leur évolution et de leur diversité. Il est possible de provoquer de telles mutations chez des végétaux pour générer des mutants plus rapidement que la nature ne le ferait, par exemple dans le but de modifier le port (la silhouette) d’une plante, la couleur des fleurs, la période de floraison, ou d’obtenir une meilleure résistance à la sécheresse. Différentes techniques mutagènes sont employées depuis près d’un siècle ; elles recourent à des agents physiques, chimiques ou biologiques. Parmi les agents physiques, les rayons gamma sont les plus fréquemment utilisés.

Détruire pour créer

Délivrée dans des sites sécurisés, la dose de rayonnements peut atteindre 100 grays (100 joules par kilo de matière irradiée), une dose mortelle pour l’Homme et parfois pour les végétaux eux-mêmes mais qui ne rend pas ceux-ci radioactifs. Elle provoque l’apparition de chimères, c'est-à-dire de plantes dont les cellules n’ont pas toutes le même patrimoine génétique. Ce sont, par exemple, des plantes de feuillage panaché. Les mutations découlent de ruptures dans les chaînes d’ADN (lire Des effets radicaux) suivies d’erreurs du mécanisme cellulaire de réparation de ces chaînes. Elles ne peuvent avoir des effets macroscopiques que si elles modifient les protéines exprimées par les gènes et ne peuvent se transmettre aux générations suivantes que si elles atteignent des cellules sexuelles ou un organe participant à la multiplication végétative, un mode de reproduction non sexuée fréquent chez les végétaux. C’est pourquoi le traitement mutagène est souvent réalisé sur les graines, les tubercules ou les bourgeons.

De nouvelles variétés horticoles

Le plus souvent, les chimères obtenues sont instables : leurs descendants issus de multiplication végétative sont identiques au végétal initial. Nous mettons actuellement au point des techniques de culture in vitro permettant de générer, à partir de fragments de feuilles ou de tiges mutées, voire de cellules isolées, des plantes entières homogènes chez lesquelles le nouveau caractère sera stabilisé. Cette méthode est en cours d’expérimentation sur des genêts pour tenter de leur donner un port plus souple ou plus rond et des couleurs de fleurs diversifiées (rouge, orange, bicolore…). De tels objectifs peuvent être atteints par hybridation (le croisement sexué de variétés) ou par transgenèse (l’introduction d’un gène étranger dans le génome d’une espèce) mais la première technique offre des possibilités limitées, en raison de la difficulté à croiser des espèces éloignées, et la seconde (celle des OGM) est complexe et nécessite des investissements très coûteux, sans parler des controverses qu’elle suscite. Bien qu’elle requière de nombreux essais dont les résultats sont aléatoires, la mutagenèse reste donc un moyen alternatif intéressant.

Alain Cadic et Joseph Belin, unité mixte de recherche GenHort (Inra/INH/Université d’Angers)

Manger un truc irradié ? Plutôt mourir !

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Garantir l’innocuité des aliments et améliorer leur conservation sont deux objectifs cruciaux dans le secteur agroalimentaire. Leur traitement par rayons gamma ou par bombardement d’électrons est sans égal pour éliminer insectes, champignons et bactéries telles que Salmonella, Listeria et Escherichia coli. Il n’altère pas sensiblement leurs qualités gustatives ou nutritives et ne menace pas la santé du consommateur: de nombreuses études ont conclu qu’une dose de rayonnements inférieure à 10000 grays (10000 joules par kilo de produit) ne produit pas de molécules toxiques persistantes dans les aliments et ne les rend pas radioactifs. Malgré une autorisation encadrée, ce procédé n’est guère employé en France et l’importation d’aliments irradiés (morceaux de volailles, cuisses de grenouilles, épices, fruits et légumes déshydratés...) est en chute libre depuis dix ans. L’obligation d’en faire état sur les emballages a sans doute dissuadé les distributeurs, tandis qu’aucune mention n’est requise pour des traitements chimiques dont l’innocuité est moins certaine ; quant aux produits non traités, ils présentent davantage de risques de comporter des micro-organismes nocifs. Les rares entreprises habilitées comme Ionisos, implantée notamment en Sarthe et en Vendée, ne traitent plus que des emballages, du matériel médical et des produits pharmaceutiques ou cosmétiques qui sont pourtant, eux aussi, destinés à notre corps. D’où provient un tel paradoxe ? Comme le suggère Marie-Hélène Desmonts, du Centre de ressources technologiques Aérial (Bas-Rhin), notre rapport à ce que nous ingérons est si sensible que notre confiance résiste peu aux rumeurs et aux idéologies contre ce qui ne paraît pas naturel.

Irradié, c’est encore plus beau !

Diamant irradié © Franck Notari, GemTechLab (Genève)

La couleur d’un matériau est déterminée par sa capacité à absorber certains rayonnements plutôt que d’autres parmi tous ceux qui composent la lumière visible. Celle de certains matériaux naturels cristallins, dont les atomes forment un réseau, peut être induite par la radioactivité naturelle (cf. l'article "Instable matière") lorsque celle-ci modifie l’état de leurs couches d’électrons. En bombardant ces cristaux avec des rayons X, des rayons gamma ou des électrons, il est possible de changer artificiellement leur couleur. Ainsi peut-on rendre bleues les topazes incolores, abondantes mais peu recherchées. Bien d’autres gemmes (des pierres de joaillerie) peuvent être colorées de la sorte mais le résultat n’est pas toujours stable : les électrons déplacés ont souvent tendance à retrouver leurs positions initiales, entraînant la disparition de la couleur. Un rayonnement peut aussi déplacer des atomes. C’est ainsi que de rares diamants sont naturellement verts. Les rayons gamma émis par l’uranium présent dans les roches alentour provoquent des défauts (des lacunes) dans leur réseau d’atomes de carbone. Les rayons X les plus énergétiques sont aussi capables de provoquer ce phénomène : dès qu’ils furent découverts, des scientifiques curieux ont eu l’idée d’en projeter sur des diamants et ont vu ces derniers devenir verts ! De plus si l’on chauffe le diamant, les lacunes de carbone se déplacent et peuvent donner naissance à d’autres couleurs (jaune, orange ou rose) si elles rencontrent des impuretés telles que des atomes d’azote. Les effets provoqués par une irradiation ou par un chauffage artificiel sont en majeure partie identiques à ceux qui sont produits de façon naturelle. Par conséquent, savoir si une gemme a été artificiellement colorée est un problème souvent difficile à résoudre pour les experts, même en recourant aux techniques d’analyse les plus pointues

Emmanuel Fritsch, Professeur, Institut des matériaux Jean-Rouxel de Nantes (CNRS/Université de Nantes)