Le rayonnement cosmique porte bien son nom : c’est un rayonnement provenant de l’espace. Cet article traite de ce rayonnement, de la raison pour laquelle nous en sommes protégés sur la Terre, de la manière dont il affecte les personnes exerçant certaines professions, et de la manière dont il peut aider à faire avancer les techniques de traitement du cancer.
Que sont les rayons cosmiques ?
Les rayons cosmiques sont des particules subatomiques à énergie extrêmement élevée – principalement des protons et des noyaux atomiques accompagnés d’émissions électromagnétiques – qui se déplacent dans l’espace et finissent par bombarder la surface de la Terre. Ils se déplacent à une vitesse proche de celle de la lumière, qui est d’environ 300 000 kilomètres par seconde.
D’où viennent-ils ?
Les rayons cosmiques peuvent être de deux types : galactiques ou solaires. Le rayonnement cosmique galactique émane des restes de supernovas, puissantes explosions se produisant au cours des dernières étapes de la vie d’énormes étoiles, qui deviennent alors des trous noirs ou sont détruites. L’énergie libérée lors de ces explosions accélère des particules chargées, les faisant sortir de notre système solaire et les rendant extrêmement pénétrantes et difficiles à stopper. En fait, les supernovas se comportent comme de gigantesques accélérateurs de particules naturels. La Terre est constamment exposée à un rayonnement cosmique galactique.
Le rayonnement cosmique solaire est composé de particules chargées émises par le Soleil, qui sont essentiellement des électrons, des protons et des noyaux d’hélium. Une partie de ce rayonnement est émise de façon continue par la couronne du Soleil, c’est pourquoi les scientifiques l’appellent le « vent solaire ». Le reste résulte de phénomènes liés aux particules solaires – éclatements soudains et sporadiques de particules électriquement chargées s’accompagnant d’émissions électromagnétiques qui se produisent lorsque les champs magnétiques à la surface du Soleil s’étirent et se tordent. Tels des élastiques, les champs magnétiques du Soleil peuvent claquer, libérant de façon soudaine une énorme quantité d’énergie et présentant un risque pour la santé des astronautes dans l'espace. Bien que rares, les fortes éruptions solaires peuvent provoquer les pannes radio et avoir des incidences sur la communication moderne et la technologie de la navigation au sol.
Les rayons cosmiques nous atteignent-ils sur le sol ?
La Terre est protégée par un champ magnétique qui renvoie les particules chargées d’un pôle à l’autre, créant deux ceintures gigantesques en forme d’anneau, peuplées d’électrons et de protons énergétiques. La magnétosphère détourne les rayons cosmiques et nous protège des éruptions solaires. Parfois, le rayonnement cosmique nous atteint, sans toutefois nous nuire, tout comme d’autres rayonnements faibles auxquels nous sommes régulièrement exposés. Les personnes sont exposées à un rayonnement d’environ 3,5 millisieverts par an en moyenne. Environ la moitié de ce rayonnement provient de sources artificielles, comme la radiographie, la mammographie et la tomodensitométrie, tandis que l’autre moitié provient de sources naturelles, le rayonnement cosmique en représentant environ 10 %. Le sievert est l’unité de mesure du risque que présentent les rayonnements pour la santé : un sievert est associé, pour un individu, à une probabilité de 5,5 % de développer un cancer radio-induit au cours de la vie.
« Les particules issues des rayons cosmiques qui entrent dans l’atmosphère aux pôles magnétiques de la Terre peuvent créer des aurores boréales colorées vraiment étonnantes », explique Michael Hajek, spécialiste de la dosimétrie externe à l’AIEA. Joan Feynman, astrophysicienne qui a consacré la majeure partie de sa vie à étudier les aurores, a constaté que ces phénomènes magiques, observables essentiellement à de grandes latitudes, près de l’Arctique et de l’Antarctique, résultaient de collisions entre les particules chargées du vent solaire et les constituants gazeux de l’atmosphère. La couleur vert-jaunâtre pâle caractéristique de la plupart des aurores résulte des molécules d’oxygène, tandis que l’azote donne lieu à des aurores bleues ou rouges violacées.
Ces rayons nous atteignent-ils dans un avion ?
Oui. Les passagers des avions sont exposés à des niveaux importants de rayonnement cosmique, notamment à des altitudes et des latitudes élevées, mais le rayonnement qu’ils reçoivent au cours d’un vol est insignifiant. Le personnel navigant et les grands voyageurs sont exposés à des doses plus élevées du rayonnement de l’espace, car ils volent souvent. L’équipage des appareils volant habituellement à une faible altitude, comme la plupart des avions à hélice, reçoit une dose qui dépasse rarement un millisievert par an. En revanche, le personnel navigant sur des vols long-courriers passant près des pôles peut être exposé à une dose effective annuelle pouvant atteindre six millisieverts.
« Une section des normes de sûreté de l’AIEA, la section 5 de la publication GSR Part 3, présente les moyens dont disposent les États Membres pour réduire l’exposition du personnel navigant aux rayonnements », indique Tony Colgan, chef de l’Unité de la radioprotection de l’AIEA. Les heures de vol du personnel navigant sont contrôlées par l’Association du transport aérien international (IATA), qui établit aussi les limites des doses de rayonnements auxquelles ce personnel peut être exposé.
Qu’en est-il des astronautes ?
Les équipages spatiaux reçoivent une dose de rayonnement encore plus élevée. Un astronaute dans une station spatiale en orbite autour de la Terre à une altitude de 400 kilomètres est généralement exposé à une dose de plus d’un demi-millisievert par jour. En 12 jours, il pourrait recevoir la dose qu’un membre d’équipage navigant reçoit en une année. Les agences spatiales nationales ont établi des limites de dose autorisée pour les astronautes au cours de leur carrière. Des effets sur la santé d’astronautes, comme la radiocancérogénèse et certaines réactions tissulaires, pourraient être liés à l’exposition au rayonnement cosmique, mais la petite taille de l’échantillon rend difficile la quantification de ces effets.
Peut-on tirer parti du rayonnement cosmique sur la Terre ?
« Il est fascinant de penser que si nous comprenons mieux les lésions cellulaires induites par un fort rayonnement cosmique, nous pourrons faire avancer la technologie utilisant des accélérateurs de particules de haute énergie aux fins du traitement du cancer », confie Michael Hajek. En raison de leurs propriétés uniques, des faisceaux de particules chargées semblables à celles présentes dans l’espace peuvent détruire des tumeurs profondes tout en réduisant au minimum les lésions des tissus voisins. « Les découvertes de la thérapie par ions vont, quant à elles, nous permettre d’améliorer la radioprotection dans l’espace et de faire face aux limitations actuelles de la prévision des risques que présentent pour la santé les voyages de longue durée dans l’espace », explique Michael Hajek.
