Introduction
La radioactivité est une propriété fondamentale de la matière qui révèle l'instabilité intrinsèque de certains atomes. Elle constitue une manifestation de l'énergie colossale contenue dans le noyau atomique. Cette découverte a marqué le début de la physique nucléaire et a profondément bouleversé les domaines scientifique, médical, énergétique et géopolitique au XXe siècle.
Description
La radioactivité désigne la transformation spontanée d'un noyau atomique instable (un radionucléide) en un noyau plus stable. Cette désintégration s'accompagne de l'émission de particules et/ou de rayonnements électromagnétiques, collectivement appelés rayonnements ionisants car ils possèdent assez d'énergie pour arracher des électrons aux atomes qu'ils traversent. Il existe trois principaux types de désintégration : alpha (émission d'un noyau d'hélium, peu pénétrant), bêta (transformation d'un neutron en proton avec émission d'un électron, ou l'inverse, moyennement pénétrant) et gamma (émission d'un photon de haute énergie suite à une réorganisation du noyau, très pénétrant). La vitesse de désintégration est caractérisée par la période radioactive (demi-vie), temps au bout duquel la moitié des noyaux d'un échantillon s'est désintégrée. Cette période varie de fractions de seconde à des milliards d'années selon l'élément.
Histoire
La radioactivité a été découverte fortuitement en 1896 par le physicien français Henri Becquerel. En étudiant la fluorescence des sels d'uranium, il s'aperçut qu'ils émettaient un rayonnement pénétrant capable d'impressionner une plaque photographique sans exposition à la lumière, et ce de manière spontanée et continue. Marie Skłodowska-Curie et son mari Pierre Curie poursuivirent ces travaux avec acharnement. Ils isolèrent deux nouveaux éléments, bien plus radioactifs que l'uranium : le polonium (1898) et le radium (1898). Marie Curie forgea le terme 'radio-activité' et reçut deux prix Nobel (Physique en 1903 avec Becquerel et Pierre Curie, Chimie en 1911). Ernest Rutherford identifia et nomma les rayonnements alpha, bêta et gamma entre 1899 et 1903. En 1934, Irène et Frédéric Joliot-Curie découvrirent la radioactivité artificielle en créant des isotopes radioactifs par bombardement de noyaux stables, ouvrant la voie à une multitude d'applications.
Caracteristiques
Les caractéristiques clés de la radioactivité sont : 1) Sa spontanéité : le processus est aléatoire et ne dépend pas des conditions extérieures (pression, température). 2) Son caractère aléatoire : on ne peut prédire quand un noyau donné va se désintégrer, seule une loi statistique s'applique à un grand nombre d'atomes. 3) La libération d'énergie : la masse des produits de désintégration est inférieure à celle du noyau père ; cette différence de masse (défaut de masse) est convertie en énergie cinétique des particules émises, selon la célèbre équation d'Einstein E=mc². 4) La transformation de l'élément : la désintégration modifie le numéro atomique, transformant un élément chimique en un autre. 5) L'ionisation : les rayonnements émis peuvent ioniser la matière qu'ils traversent, ce qui est à la fois la source de leurs dangers (dommages à l'ADN) et de leurs applications (stérilisation, radiothérapie).
Importance
L'importance de la radioactivité est immense et ambivalente. Scientifiquement, elle a révélé la structure du noyau atomique et permis de dater des événements géologiques et archéologiques (carbone 14, uranium-plomb). Médicalement, elle est cruciale : en diagnostic (imagerie par scintigraphie, TEP scan) et en thérapie (radiothérapie contre le cancer, curiethérapie). Énergétiquement, elle est à la base de l'énergie nucléaire (fission dans les centrales, avec le défi des déchets). Militairement, elle a conduit aux armes nucléaires, changeant la géopolitique mondiale. Elle a aussi des applications industrielles (contrôle non destructif, stérilisation de matériel médical, traceurs) et domestiques (détecteurs de fumée au 241Am). La gestion des risques (radioprotection) et des déchets radioactifs reste un enjeu majeur de société.
