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Carbone 14 et santé

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Caractéristiques

 

Chimiques

 

Le 14C est un des isotopes radioactifs du carbone. Les isotopes stables du carbone sont le carbone 12 et le carbone 13 qui représentent respectivement 98,9 % et 1,1 % du carbone total, le carbone 14 n’étant qu’à l’état de trace (1,2.10-12 gramme de14C par gramme de carbone).

Les formes chimiques du 14C varient suivant le mode de production. Dans l’environnement, il existe sous deux formes principales :

  • à l’état de CO2, il se comporte comme le gaz carbonique stable, c’est-à-dire qu’il peut rester sous forme de gaz dans l’air, et se transforme en bicarbonate et carbonate dans l’eau ;
  • au cours de la photosynthèse, le CO2 est incorporé dans la matière organique dont il constitue le squelette carboné. Il y a donc rapidement équilibre entre l’activité spécifique du carbone atmosphérique et celle de la matière organique végétale en cours de fabrication.

Le 14C peut exister sous d’autres formes. Ainsi, dans les effluents gazeux des réacteurs à eau bouillante, le 14C est à 95 % sous forme de CO2, à 2,5 % sous forme de monoxyde de carbone CO et à 2,5 % sous forme d’hydrocarbure. Dans les effluents gazeux des réacteurs à eau pressurisée, 80 % du 14C se trouve sous forme organique (notamment de CH4) contre 20% sous forme de CO2. Dans les rejets liquides, les formes chimiques sont soit des carbonates, soit des composés organiques indéterminés, sans précision à l’heure actuelle sur les quantités relatives de chacune de ces formes.

 

 

Nucléaires

   

 

 

(ICRP, 1983 - Browne et Firestone,1986)

 

 

Origines

 

Naturelle

 

Le 14C naturel résulte de l’action des neutrons cosmiques sur les atomes d’azote dans stratosphère et dans la partie supérieure de la troposphère. Le taux de production annuel est d’environ 1,54.1015 Bq et la réserve atmosphérique de 14C à l’équilibre est d’environ 1,27.1019 Bq (UNSCEAR, 2000). La variation de l’intensité des rayonnements cosmiques entraîne une fluctuation de la production. Cette fluctuation est due à divers éléments qui ne sont pas encore très bien connus, mais principalement au cycle solaire de 11 ans et, à plus grande échelle temporelle, aux variations du champ magnétique terrestre qui joue un rôle de bouclier à l’égard des rayonnements cosmiques (Garnier-Laplace et al., 1998).

 

 

Artificielle

 

  • Explosions nucléaires atmosphériques

Lors des explosions nucléaires, les neutrons émis interagissent avec l’azote de l’atmosphère pour former du carbone. Les explosions nucléaires ont introduit dans l’atmosphère environ 2,1.1017 Bq de 14C.

 

  • Émissions par les réacteurs nucléaires

Dans les réacteurs nucléaires, la production de 14C provient de réactions dans le combustible, les matériaux de structure du coeur et le modérateur. Un réacteur à eau légère de 1000 MWe génère environ 1012 Bq.an-1 de 14C. Il en rejette annuellement de l’ordre de 4.1011 Bq, principalement sous forme organique (CH4). Le reste est rejeté lors du retraitement ou demeure dans les gaines du combustible pour être stocké ultérieurement à l’état de déchets solides (Garnier-Laplace et al., 1998).

 

  • Rejets par les usines de retraitement des combustibles irradiés

Le 14C des combustibles nucléaires usés est libéré lors de l’étape de dissolution dans les usines de retraitement. Selon le mode d’exploitation, ces rejets se font de manière continue ou discontinue. Dans les usines de retraitement utilisant le procédé PUREX (par exemple à La Hague), le 14C est libéré principalement sous forme de CO2. L'augmentation à partir du début des années 90 des rejets annuels gazeux de 14C par l’usine de La Hague correspond au démarrage des usines UP3 et UP2-800. Les rejets gazeux de ces usines ont été estimés à 1,87.1013 Bq en 1999. Les rejets liquides de l’usine de La Hague en 1999 ont été de 9,9.1012 Bq.

Pour l’usine de Sellafield (Royaume-Uni) en 1997, les rejets gazeux de 14C se sont élevés à 2,2.1012 Bq et les rejets liquides à 4,4.1012 Bq (BNFL, 1997).

 

  • Production par des sources diverses (médicales, industrielles, recherche)

On considère qu’à terme, l’intégralité du 14C utilisé pour le marquage des molécules sera rejeté dans l’atmosphère sous forme de CO2. L’UNSCEAR estime la production annuelle de 14C à 3.1010 Bq par million d’habitants dans les pays développés et à 5.1013 Bq pour l’ensemble du monde. Cette estimation est basée sur les résultats d’une étude américaine de 1978. Une estimation britannique de 1987 conduisait à des valeurs au moins deux fois supérieures (UNSCEAR, 1993).

 

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Utilisations industrielles et médicales

 

Le 14C est utilisé pour le marquage des molécules en médecine,  pharmacie et biologie.

 

 

Atteinte de l’homme

 

Exposition externe

 

Les coefficients de dose efficace ci-après sont issus du rapport n° 12 du Federal Guidance (1993) et sont valables quel que soit l’âge de l’individu exposé.

 

 

Dose efficace

Panache

2,24.10-19 (Sv/s) / (Bq/m3)

Dépôt

1,61.10-20 (Sv/s) / (Bq/m2)

Immersion dans l’eau

4,39.10-22 (Sv/s) / (Bq/m3)

 

 

Contamination externe de la peau

 

Une contamination homogène superficielle de 1000 Bq.cm-2 de peau délivre un débit de dose équivalente à l’épiderme (couche superficielle de la peau) de 0,32.10-3 Sv.h-1 (OPRI/INRS, fiche 14C).

 

 

Exposition interne

 

  • Biocinétique

Le modèle biocinétique du carbone est décrit dans les publications 56 et 67 de la CIPR (1990, 1993).

 

Carbone minéral : la mauvaise absorption du carbone minéral et l’élimination très rapide d’une grande partie de la fraction absorbée expliquent qu’il y ait encore peu de données sur son métabolisme. Il faut noter qu’au cours de l’inhalation, 1% du carbone à l’état de CO2 est retenu dans l’organisme par suite de la mise en solution sous forme de bicarbonate. Sous cette forme, une partie se fixe dans l’os (Galle, 1997).

 

Carbone organique : le modèle biocinétique pour le carbone décrit dans la CIPR supposent que tous les composés organiques sont distribués rapidement et uniformément dans tous les organes et tissus du corps puis sont retenus avec une période biologique de 40 jours. Cependant, des modèles à plusieurs exponentielles sont nécessaires pour décrire le métabolisme des molécules de carbone organique car les localisations et cinétiques de rétention sont différentes selon leur type. En règle générale, on peut admettre que le carbone organique a sensiblement le même métabolisme que le tritium des mêmes molécules (Galle, 1997).

 

(Pour plus de renseignements : voir Base de données“Calliope”, 1999)

 

  • Mesure

Analyse radiotoxicologique urinaire (recueil immédiat des urines et mesure des urines recueillies pendant 24 h). L’interprétation des résultats dépend étroitement des conditions de l’incorporation et du délai de recueil des urines.

 

  • Coefficients de dose

Pour le public, les données ci-après sont issues de la Directive Européenne

96/29/EURATOM. Elles considèrent un temps d’intégration de 50 ans pour l’adulte et jusqu’à l’âge de 70 ans pour l’enfant et des débits respiratoires moyens respectifs de 0,9 m3.h-1 et de 0,2 m3.h-1.

 

 

Dose efficace (Sv/Bq)

Adulte

Enfant (1-2 ans)

Inhalation

Aérosol (type M) AMAD
= 1μm

2,0.10-9

6,6.10-9

Dioxyde de carbone

6,2.10-12

1,9.10-11

Monoxyde de carbone

8,0.10-13

5,7.10-12

Vapeur de carbone

5,8.10-10

1,6.10-9

Méthane

2,9.10-12

7,8.10-12

Ingestion

 

5,8.10-10

1,6.10-9

 

 

Pour l’individu moyen, la dose efficace annuelle est de 15 μSv (essentiellement par ingestion) dont 12 μSv sont dus au 14C d’origine naturelle (UNSCEAR, 1993).

 

Pour les travailleurs, les données ci-après sont issues de la Directive Européeenne 96/29/EURATOM. Elles considèrent un temps d’intégration de 50 ans et un débit respiratoire moyen égal à 1,2 m3.h-1

 

 

Dose efficace (Sv/Bq)

Adulte

Inhalation

Dioxyde de carbone

6,5.10-12

Monoxyde de carbone

8,5.10-13

Vapeur de carbone

5,8.10-10

Méthane

2,9.10-12

Ingestion

 

5,8.10-10

 

 

  • Dangerosité

 

Groupe de radiotoxicité : indicateur de radiotoxicité au sens du décret 88-521 du 18/04/88.

3 (modérée)

 

Valeur d’exemption : activité au-dessous de laquelle une pratique est

exemptée de déclaration d’après la Directive Européenne n°96/29/EURATOM du 13 mai 1996.

107 Bq

 

 

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Accidents

 

En cas de contamination de la peau : décontamination par simple lavage avec des produits si possible adaptés à la forme chimique du radionucléide.

En cas de contamination interne : recueil immédiat des urines et recueil pendant 24 heures et les jours suivants si nécessaire, selon le niveau présumé de la contamination. Une thérapeutique spécifique incluant notamment la dilution isotopique et la diurèse forcéepeut être envisagée sous contrôle médical.

 

 

Textes réglementaires généraux

 

  • Directive Européenne n°96/29/EURATOM adoptée le 13 mai 1996, fixant les normes de base relatives à la protection sanitaire de la population et des travailleurs contre les dangers résultant des rayonnements ionisants (J.O.C.E. n°159 du 29 juin 1996). Les limites annuelles de dose sont les suivantes :

 

 

Public

Travailleur

Dose efficace

1 mSv

100 mSv/ 5 ans consécutifs

et au plus 50 mSv/an

Dose équivalente à la peau

50 mSv

500 mSv

 

 

  • Brochure du Journal Officiel (J.O.) n° 1420 : protection contre les rayonnements ionisants. Ce document rassemble tous les textes législatifs et réglementaires de radioprotection et notamment :
  1. Le décret n° 88-521 du 18 avril 1988 modifiant le décret du 20 juin 1966 relatif aux principes généraux de radioprotection ;
  2. Le décret n° 86-1103 du 2 octobre 1986 modifié relatif à la protection des travailleurs contre les dangers des rayonnements ionisants et ses textes d’application.

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Contact

Pour en savoir plus, écrivez à IRSN Science

Fiches radionucléides

Fiche santé du carbone 14 (PDF) -> lien à ajouter

Fiche environnement du carbone 14

Liste complète des fiches radionucléides environnement et santé 
(suivant si regroupement des listes envir. et santé)

Bibliographie succincte

  • BNFL, Annual Report on Radioactive discharges and monitoring of the environment, 1997.
  • BROWNE E., FIRESTONE R., Table of radioactive isotopes, Shirley V Editor., Wiley-Interscience Publication, 1986.
  • Calliope, CD-Rom, Collection IPSN, 1999.
  • GARNIER-LAPLACE J., ROUSSEL-DEBET S., CALMON P. Modélisation des transferts du carbone 14, émis par les réacteurs à eau pressurisée en fonctionnement normal, dans l'environnement proche du site. Rapport IPSN/DPRE/SERE 98/007, 1998.
  • ICRP (International Commission on Radiological Protection) Publication 38, Radionuclide transformations, Energy and intensity of emissions, Oxford Pergamon Press, 1983.
  • ICRP (International Commission on Radiological Protection) Publication 56, Age-dependent doses to members of the public from intake of radionuclides, Oxford Pergamon Press, 1990.
  • ICRP (International Commission on Radiological Protection) Publication 67, Age-dependent doses to members of the public from intake of radionuclides, Oxford Pergamon Press, 1993.
  • Federal Guidance Report n°12. External exposure to radionuclides in air, water and soil. Oak Ridge National Laboratory, 1993
  • GALLE P., Toxiques nucléaires, Paris, Masson (2e édition), 1997.
  • NCRP, Carbon 14 in the environment, National Council on Radiation Protection and measurements, Report n°81, Bethesda, 1985.
  • OECD/NEA, Radiological significance and management of TRITIUM, CARBON 14, KRYPTON 85, IODINE 129 arising from the nuclear fuel cycle, Paris, 1980.
  • OPRI/INRS, Carbon 14 : Fiche technique de radioprotection pour l’utilisation de radionucléides en sources non scellées, 1996.
  • UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation), Sources and effects of ionizing radiation, New York, United Nations, 1993.
  • UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation), Vol I,Sources and effects of ionizing radiation, New York, United Nations, 2000.

Rédacteurs de la fiche

P. Bérard, M.L. Perrin, E. Gaillard-Lecanu, V. Chambrette, J. Brenot (DPHD), B. Crabol (DPRE).
Vérificateur : A. Desprès (DPHD)

Cette fiche est complémentaire de celle rédigée par le DPRE/SERLAB relative aux aspects environnementaux, les paragraphes généraux I et II étant communs avec ceux de la fiche « aspects environnementaux ».

La fiche « aspects sanitaires » fournit à la date de mise à jour, des informations volontairement simplifiées sur les conséquences pour l’homme d’une exposition au radionucléide.