Radiotraceur
Ne doit pas être confondu avec Traceur isotopique.
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Dans le domaine de la biologie et de la médecine, un radiotraceur est une entité composée d’une molécule vectrice et d’un isotope radioactif détectable à l’aide de dispositifs tels que les gamma-caméras ou la tomographie par émission de positons.
Dans le domaine de la géophysique appliquée, il peut s'agir de radioisotopes naturels ou artificiels (par exemple issus des retombées d'essais nucléaires ou d'accidents nucléaires ou de rejets de centrales ou autres installations nucléaires), dont la détection et le suivi sont utiles pour des études environnementales ou Géophysiques. Ils peuvent par exemple être utilisés pour l'analyse de dynamiques érosives ou sédimentaires (ex : dispersion côtière de sédiments portuaires pollués).
Caractéristiques d’un radiotraceur
[modifier | modifier le code]En biologie, Il doit être spécifique d'un organe, d'une fonction ou d'une pathologie. Il doit avoir le même comportement métabolique que la molécule vectrice et doit être utilisé en faible quantité (dose traceuse) pour ne pas perturber le mécanisme étudié.un radiotraceur doit également être stable dans l’organisme et détectable de manière externe via des détecteurs. S’il est destiné à une utilisation en neurologie, il doit pouvoir passer la barrière hémato-encéphalique. Il ne doit pas être toxiques sur le plan biologique et radiotoxicologique (les radiotraceurs doivent pouvoir être injectés, avalés ou inhalés sans effet néfaste pour les tissus)
Ces détecteurs sont la tomographie par émission monophotonique (TEMP) et la tomographie par émission de positons (TEP). Ils permettent la génération d'une image, 2D ou 3D affichant en couleur les zones radioactives de la matière étudiée.
Historique
[modifier | modifier le code]La radioactivité artificielle est découverte par Irène Curie et Frédéric Joliot en 1934 (prix Nobel en 1935) mais la production industrielle de radio-isotopes par réaction nucléaire ne commence qu'en 1946. C'est en 1948 qu'on réussira pour la première fois a reconstruire une image de la radioactivité point à point en utilisant un compteur Geiger-Müller (Iode 131 sur la thyroïde). La Gamma caméra est créée en 1958 (hal O Anger), la Tomographie d'émission monophotonique (Jaszac) en 1979 et enfin, la Tomographie par émission de positons en 1980.
Application en biologie/médecine
[modifier | modifier le code]Exemple de radiotraceur : 18F-FDG
[modifier | modifier le code]Le Fluorodésoxyglucose est du glucose dans lequel l'hydroxyde en position 2 est remplacé par un fluor 18, radioactif et visualisable par TEP. C’est le radiotraceur TEP le plus utilisé en médecine nucléaire.
Le 18F-FDG s’accumule dans les cellules très consommatrice de glucose mais ne peut être dégradé par l’organisme, il est juste modifié en fluorodésoxyglucose-6-phosphate, un état qui l’empêche de quitter la cellule.
L’application de cette molécule est la détection des cellules à métabolisme élevé telles que, les cellules tumorales, très demandeuses en énergie et donc en glucose.
La période radioactive du fluor-18 est de 109,8 min, ce temps court est la raison pour laquelle on utilise cette molécule comme radiotraceur (18F-FDG).
Détecteurs utilisés
[modifier | modifier le code]La TEMP
[modifier | modifier le code]Aussi appelée scintigraphie, ou tomographie d’émission monophotonique, la TEMP est une technique d’imagerie médicale utilisant les vecteurs radiomarqués avec des isotopes émetteurs de rayonnements gamma. Cette technique est moins sensible que la TEP, mais capable de détecter un plus grand nombre de radiotraceurs.
La TEP
[modifier | modifier le code]Tomographie d’émission de positons : technique d’imagerie médicale utilisant les vecteurs radiomarqués avec des isotopes émetteurs de rayonnement bêta+. Cependant, le nombre de radiotraceurs utilisant cette technique est plus réduit. La TEP trouve son application dans divers domaines : cancérologie, imagerie cérébrale et neurologie, cardiologie...
La TEP est une technique très coûteuse car la courte demi-vie des isotopes utilisés nécessite la présence d’un cyclotron à proximité.
Cas général
[modifier | modifier le code]Pour la protection contre la radioactivité il y a 3 moyens : la distance, le temps de manipulation et l’utilisation d'écrans.
Travailleurs
[modifier | modifier le code]Les individus sont classés en fonction de leur risque d’exposition suivant qu’ils appartiennent au domaine du public ou qu’ils sont travailleurs. Nous distinguons au sein des travailleurs deux catégories :
- Catégorie A qui peuvent être exposés a une dose >6milliSievert/an (ceux qui travaillent au plus près des sources radioactives)
- Catégorie B : dose < 6 mSv/an (ce qui utilise la radioactivité dans leur travail)
- Public : dose < 1 mSv/an.
Préconisation : Une formation à la sécurité doit être réalisée tous les 3 ans au maximum pour sensibiliser le personnel aux risques et aux précautions à prendre dans l’établissement. La surveillance médicale des professionnels doit être effectuée dès la visite d’embauche et effectuée préalablement à toute affectation à un nouveau poste. Un suivi des travailleurs est réalisé à l’aide de dosifilms.
Patient
[modifier | modifier le code]On injecte au patient une dose effective calculée en tenant compte de l'importance d'un organe exposé à des rayons ionisants, ainsi que de la morphologie du patient (poids, sexe, âge…)
Applications géophysiques
[modifier | modifier le code]Des radiotraceurs sont utilisés dans divers types d'études environnementales et géophysiques, par exemple pour analyser la dynamique de dispersion ou de sédimentation de matériaux dans l'environnement. Ils trouvent ainsi des applications en hydrographie, dans l'étude des pollutions, de la dynamique sédimentaire et de l'érosion côtière, afin d'optimiser la gestion du trait de côte ou des sédiments issus du curage des infrastructures portuaires[1].
Historiquement, ces études reposaient plutôt sur des traceurs radioactifs artificiels, dont l'emploi, dangereux, est désormais restreint par les réglementations environnementales. Cela conduit, avec des encouragements de l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) dans les années 2020, au développement de méthodes exploitant la radioactivité naturelle ou semi-naturelle des sédiments (signatures radiométriques). Il est ainsi possible de déployer in situ des détecteurs portables de rayons gamma, subaquatiques ou terrestres, pour cartographier en temps réel la distribution spatiale de radionucléides naturels, tels que ceux présents dans les sables noirs.
Ces « signatures » permettent d'identifier les sources, les vecteurs de transport, les trajectoires de diffusion et les zones de dépôt de sédiments problématiques. Elles permettent aussi de déduire des caractéristiques physiques tels que la granulométrie ou la teneur en certains éléments traces lourds, des données utiles pour la modélisation de la diffusion ou pour l'étude de la biodisponibilité de certains contaminants dans les sols et les réseaux trophiques[1].
L'industrie du forage utilise de plus en plus la fracturation hydraulique où les radiotraceurs (sous forme de sable radioactif notamment)[2]. L'industrie pétrogazière utilise des proppants (agents de soutènement) radiomarqués avec des isotopes émetteurs gamma distincts (tels que l'iridium 192, l'antimoine 124 ou le scandium 46) injectés dans les formations rocheuses ; après quoi la diagraphie gamma permet de cartographier avec précision la hauteur, la géométrie et la distribution des fractures créées. Des radiotraceurs solubles dans l'eau ou le gaz permettent aussi de mettre en évidence des interconnectivités entre réservoirs ou puits plus ou moins adjacents et permet de quantifier des hétérogénéités de réservoirs, et d'évaluer les directions préférentielles d'écoulement ou encore l'efficacité de balayage thermique (thermal sweep) et/ou de balayage chimique (chemical sweep) qui sont des méthodes de récupération assistée de pétrole ou de gaz.
Dans le domaine de l'hydrogéologie et dynamique des nappes phréatiques, les radiotraceurs sont devenus des outils fondamentaux pour évaluer la vulnérabilité des ressources en eau et modéliser le fonctionnement des aquifères. La datation et l'étude des temps de résidence ont été améliorées par l'analyse d'isotopes cosmogéniques tels que le tritium (3H), le carbone 14 (14C) ou le chlore 36 (36Cl) qui permettent de déterminer l'âge d'eaux souterraines et leur temps de renouvellement, de cartographier les zones de recharge des nappes et de calculer des vitesses d'écoulement souterrain à grande échelle.
Le Traçage de certaines interactions a été amélioré par l'injection contrôlée de radiotraceurs artificiels à courte période (comme l'iode 131 ou le technétium 99m) dans des puits d'injection, par exemple pour évaluer la porosité efficace des roches ou du sol, pour détecter les réseaux de fractures et caractériser le transport de solutés ou de polluants dans les milieux anisotropes[réf. souhaitée].
En océanographie[3] :
- la circulation thermohaline de l’Atlantique Nord a pu être étudiée via les retombées de tritium et de carbone 14 issues des essais nucléaires atmosphériques des années 1950‑1960, qui ont servi de traceurs anthropiques permettant de suivre la formation des eaux profondes et de valider les modèles de circulation océanique globale ;
- l’efficacité de la « pompe à carbone » océanique est évaluée grâce au couple 234Th-238U (traçage par le déséquilibre radioactif) : le thorium, fortement adsorbé sur les particules organiques en sédimentation, est entraîné vers les profondeurs[4] tandis que l’uranium reste dissous, et le déficit de thorium observé en surface permet de quantifier directement le flux d’exportation du carbone organique vers l’océan profond[5].
Notes et références
[modifier | modifier le code]- 1 2 (en) « IAEA Helps Countries Enhance Coastal Management Using Natural Radioactivity Mapping », sur iaea.org, (consulté le ).
- ↑ Résultats de recherche avec Google scholar sur le thème de l’usage de sable ou proppant radioactif pour la fragmentation hydraulique.
- ↑ Levier M (2022) Développement et utilisation de l'Actinium-227 comme traceur du mélange de l'océan profond (Thèse de Doctoral, Université Paris-Saclay)|url=https://theses.hal.science/tel-03726231/.
- ↑ (en) Montserrat Roca-Martí et Viena Puigcorbé, « Combined Use of Short-Lived Radionuclides (234Th and 210Po) as Tracers of Sinking Particles in the Ocean », Annual Review of Marine Science, vol. 16, , p. 551-575 (ISSN 1941-1405, e-ISSN 1941-0611, DOI 10.1146/annurev-marine-041923-013807).
- ↑ (en) Hajime Kawakami, « Decadal decreasing trend in biological carbon pump estimated from 234Th in the western subarctic North Pacific », Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, vol. 333, no 4, , p. 1793–1802 (ISSN 1588-2780, DOI 10.1007/s10967-024-09404-x).
Annexes
[modifier | modifier le code]Articles connexes
[modifier | modifier le code]Liens externes
[modifier | modifier le code]- http://www.acro.eu.org/TEP.html.
- http://guillemet.org/irene/coursem/mn2.pdf.
- http://www.radiologiedouai.fr/radioprotection-du-patient/
- « Chimie bio-organique et médicinale du fluor » Par Jean-Pierre Bégué, Danièle Bonnet-Delpon, savoirs actuels – CNRS Editions (2005).
- http://www.cmgb.fr/IMG/ppt/EXPO-TEP.ppt
