Pister les phénomènes avec des atomes radioactifs
On doit au physicien austro-hongrois Georg von Hevesy d’avoir découvert l’existence des isotopes avec Frédéric Soddy et Kasimir Fajans. Il fut aussi le premier, en 1913, à avoir employé la méthode des indicateurs radioactifs. Pendant deux ans, il avait tenté en vain par des méthodes chimiques fines, de séparer du plomb le radium-D, appelé ainsi parce qu’il était le quatrième descendant du radium. Ce radioélément est aujourd’hui identifié à un isotope radioactif du plomb de période radioactive 22,3 années, le plomb-210 ce qui explique l’échec de la séparation.
Von Hevesy pensa, la chimie étant impuissante à séparer cet élément du plomb, que les mécanismes biologiques le seraient aussi. Il arrosa des plantes avec de l’eau contenant du radium-D et suivit ainsi le mouvement du plomb dans les plantes, en mesurant la radioactivité des racines, puis des tiges et des feuilles.
Maurice Tubiana, à qui cette information est due et qui fut un pionnier dans le domaine, aimait rapporter l’anecdote suivante : « Hevesy, qui habitait alors une pension de famille près de Manchester, soupçonnait qu’on y resservait les restes. Il rajouta du radium-D au ragoût et suivit sa réapparition sous forme de hachis parmentier, puis de soupe. Cette ingénieuse application de la méthode isotopique lui valut d’être renvoyé de la pension ».
Traceurs et marqueurs en médecine
En médecine, les traceurs sont des molécules organiques complexes choisies pour leur affinité envers l ’organe à étudier. Ces molécules sont “marquées” par la présence d’un noyau radioactif. Le traceur est généralement injecté par voie intra-veineuse. Sur ces images d’un squelette, on distingue des foyers de fixation d’un diphosphonate marqué au technetium-99m, traduisant la présence de métastases. Ce marqueur est très utilisé pour les scintigraphies gamma.
© M.O.Habert/Pitié-Salpétrière
Un isotope radioactif peut être incorporé dans une molécule dont on veut observer le parcours (par exemple un atome de tritium remplaçant un atome d’hydrogène). On parle alors plutôt de marqueur que de traceur, l’atome marqué jouant le rôle passif de simple étiquette.
Par exemple, un radioélément comme le cobalt-60, sera considéré comme traceur s’il est utilisé pour étudier le comportement chimique du cobalt dans un processus. on parlera de marquage au cobalt-60, si ce cobalt-60 est inclus dans des billes d’acier, pour en suivre l’écoulement dans un procédé métallurgique. Mais la frontière entre traceurs et marqueurs est peu claire pour le non spécialiste, et l’un est souvent pris pour l’autre
Grâce aux isotopes radioactifs, il est possible de suivre à la trace une espèce chimique, une particule, sans perturber le comportement physique, hydrodynamique, chimique du milieu.
Carte du césium après Tchernobyl
Carte montrant la répartition en 1988 de l’activité du Césium-134 en Mer du Nord, deux ans après l’accident de Tchernobyl. Cet isotope radioactif est un émetteur bêta et gamma de deux ans de période. Il a été ici utilisé pour suivre la diffusion du Césium due aux mouvements des courants maritimes. Les côtes sud de la Norvège apparurent les plus touchées.
© CEA/IRSN
Grâce à l’extrême sensibilité des détecteurs de radioactivité, les radioéléments traceurs sont décelables à des concentrations infimes. On utilise généralement les émetteurs de rayons gamma, ces rayons étant capables de traverser les parois des installations. Cette restriction n’est pas gênante, la majorité des noyaux radioactifs étant émetteurs gamma. Enfin, en raison de leur courte période, la plupart des traceurs disparaissent rapidement et totalement du milieu dans lequel ils ont été introduits.
Les traceurs sont très employés en biologie, pour l’exploration du vivant, et en médecine pour les examens et diagnostics. Ils offrent aussi un moyen d’étude de transferts de matière dans l’environnement (mers, nappes phréatiques) ou dans des procédés de fabrication industriels. Ils aident à la recherche de fuites, la mesure de débits, de dispersion, de propagation des polluants.