Ruptures locales de l’équilibre radioactif
Dans une filiation radioactive, il arrive que l’équilibre séculaire soit localement rompu quand un phénomène physique ou chimique isole l’un des intermédiaires par rapport à ses ascendants ou descendants. Les ruptures d’équilibre radioactif sont cruciales pour les études de géochimie dans l’environnement.
Histoire d’un dépôt de sédiment
Les atomes radioactifs de plomb 210 formés à partir du radon se fixent à des poussières qui se déposent au fond d’une étendue d’eau pour former des sédiments. La période radioactive du plomb est de 22 ans. L’activité des couches de sédiment qui viennent d’être formée est maximale. Les couches plus anciennes (encart) ne possèdent plus qu’une fraction de cette activité. En mesurant l’activité des couches successives, on peut déterminer leur âge et reconstituer l‘histoire du dépôt de sédiment.
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Un exemple d’application des ruptures d’équilibre est celle du radon-222. Ce radioélément est le sixième descendant de l’uranium-238. Il est gazeux et s’échappe pour cette raison de la surface de roches contenant de l’uranium. Les atomes de radon, libérés dans l’atmosphère, sont emportés par les vents. Ils se retrouvent au bout de quelques jours transformés en un isotope beaucoup plus stable, le plomb-210, dont la période radioactive est de 22.3 années. Les atomes radioactifs de plomb-210 sont disséminés loin du lieu de production du radon.
Le plomb est un métal lourd. Les atomes de plomb-210, fixés par des aérosols, sont ramenés au sol. La surface terrestre est ainsi soumise à une minuscule mais constante pluie de ces atomes radioactifs. Les doses en sont infimes et inoffensives mais mesurables grâce à l’extrême sensibilité des méthodes de détection. Cette pluie arrose la surface des glaciers, le sous-sol des forêts et arrive jusqu’au fond des lacs.
Dans ces milieux où les dépôts s’accumulent, la surface exposée s’enfonce progressivement et avec elle en son sein la communauté d’atomes de plomb-210 qu’elle contient. Dans la couche de sédiments où ils se retrouvent, ces atomes radioactifs sont isolés. Ils ont perdu le contact avec la source de radon qui les générait. Ils disparaissent alors selon une loi simple de décroissance radioactive. La mesure de la teneur en plomb-210 d’une couche de glace, de vase ou de sous-sol forestier fournit l’âge du dépôt.
Plus la couche est ancienne et profonde, plus le plomb-210 a disparu. En mesurant l’âge de chaque couche, on remonte à la vitesse de dépôt des sédiments. Au bout de quelques périodes, c’est-à-dire une centaine d’années, le plomb-210 a tellement décru qu’il devient indécelable. Il faut alors avoir recours à d’autres techniques.