American Journal of Innovative Research and Applied Sciences. ISSN 2429-5396 Iwww.american-jiras.com
ORIGINAL ARTICLE
ETUDE DE LA RADIOACTIVITE NATURELLE D’ORIGINE TELLURIQUE DU DISTRICT D’AMBILOBE, MADAGASCAR
STUDY OF THE NATURAL RADIOACTIVITY OF TELLURIC ORIGIN OF THE AMBILOBE DISTRICT, MADAGASCAR
| Jean Paul Stolerie 1* | Martin Rasolonirina 2 | Zafizara Donné 1 | Briant Kall 1 | et | Naivo Rabesiranana 2 |
1. Université d’Antsiranana | Faculté des Sciences | Département de Physique | Laboratoire de Métrologie Nucléaire et Environnement | BP 0 Antsiranana | Madagascar |
2. Institut National des Sciences et Techniques Nucléaires (INSTN-Madagascar) | Département Analyses et Techniques Nucléaires |BP 3907 Antananarivo | Madagascar |
| Received October 25, 2021 | | Accepted September 27, 2021 | | Published October 20, 2021 | | ID Article | Catherine–Ref11-ajira210921|
RESUME
Contexte : La radioactivité d’origine tellurique est omniprésente dans l’environnement et contribue aux expositions radiologiques internes et externes du public. Objectif : Ce présent travail a pour objectif d’investiguer la radioactivité naturelle présente dans les sols du district d’Ambilobe. Méthode : Soixante-dix échantillons ont été collectés qui sont répartis dans cinq zones d’étude (Centre, Nord, Sud, Est et Ouest). Trois principaux radionucléides naturels ont été déterminés dans les sols de ces zones d’étude à savoirs le potassium-40, la famille de l’uranium-238 et la famille du thorium-232. Au laboratoire de l’INSTN-Madagascar, les échantillons ont été analysé à l’aide d’une chaîne de spectrométrie gamma, muni d’un détecteur NaI(Tl) de marque ORTEC et de modèle série 905-4. Résultat : Dans l’ensemble du site, les résultats obtenus montrent que les activités spécifiques du potassium-40 varient de (403 ± 162) Bq.kg-1 à (837 ± 186) Bq.kg-1 avec une moyenne de (578 ± 162) Bq.kg-1. Celles de la famille d’uranium-238 fluctuent de (14 ± 6) Bq.kg-1 à (23 ± 8) Bq.kg-1 avec une moyenne de (18 ± 4) Bq.kg-1. Pour la famille du thorium-232, les activités spécifiques sont comprises de (28 ± 13) Bq.kg-1 à (48 ± 23) Bq.kg-1 avec une moyenne de (40 ± 8) Bq.kg-1. Conclusion : Pour chaque zone étudiée, les niveaux de la radioactivité de ces trois radionucléides naturels dans les sols du district d’Ambilobe varient d’un point à l’autre et ne sont pas uniformément répartis. Ces variations peuvent s'expliquer par l'interaction avec les formations géologiques et pédologiques de ces zones d'étude. Pour l’ensemble de ces résultats obtenus, les activités spécifiques des radionucléides naturels présents dans ces sols sont dominées par le potassium-40, suivie de la famille du thorium-232 ainsi que de la famille de l’uranium-238. Ainsi, les sols du district d’Ambilobe présentent un faible niveau de radioactivité, surtout pour le cas de la famille d’uranium-238 et celle du thorium-232.
Mots-clés : radioactivité naturelle, sol, district Ambilobe, spectrométrie gamma, activité spécifique.
ABSTRACT
Context: Telluric origin radioactivity is omnipresent in environment and contributes to the internal and external radiological exposures of the public. Objective: The objectives of present work are to measure qualitatively and quantitatively the natural radioactivity in soils of Ambilobe district. Method: In all, seventy soil samples were collected at different sites, distributed in five zones (Centre, North, South, East and West), to better understand the radioactivity levels in the study area. Three main natural radionuclides have been determined, i.e. potassium-40, uranium-238 and thorium-232 series. At the INSTN-Madagascar laboratory, the soil samples were measured by gamma spectrometry system with ORTEC NaI(Tl) detector, model 905-4 series. Results: Considering the site as a whole, the results obtained show that the potassium-40 activities vary from (403 ± 162) Bq.kg-1 to (837 ± 186) Bq.kg-1 with an average of (578 ± 162) Bq.kg-1. For the uranium-238 series, the activities vary from (14 ± 6) Bq.kg-1 to (23 ± 13) Bq.kg-1 with an average of (18 ± 4) Bq.kg-1. For the thorium-232 series, the activities vary from (28 ± 13) Bq.kg-1 to (48 ± 23) Bq.kg-1 with an average of (40 ± 8) Bq.kg-1. Conclusion: For each area studied, the levels of radioactivité of these three naturally occurring radionuclides in soils in Ambilobe district vary from point to point and are not uniformly distributed. These variations can be explained by the interaction with the geological and pedological formations of these study areas. For all of these results obtained, the specific activities of natural radionuclides present in these soils are dominated by potassium-40, followed by the thorium-232 series as well as the uranium-238 series. Thus, the soils of the Ambilobe district show a low level of radioactivity, especially for the uranium-238 and thorium-232 series.
Keywords: Natural radioactivity, soil, Ambilobe district, gamma spectrometry system, Specific activity.
1. INTRODUCTION
La radioactivité naturelle est omniprésente dans l’environnement mais généralement à l’état de trace [1-4,6]. Certaines régions de Madagascar sont réputées avoir des taux élevés de radioactivité [1,2,4]. De ce fait, les populations dans ces régions sont exposées en permanence aux rayonnements ionisants émis par les radionucléides présents dans la croûte terrestre [3,4,5].
Les habitants de district d’Ambilobe exploitent beaucoup les terres en travaillant toute la journée à la culture, à la recherche de pierres précieuses et à l’embarquement des sables. Ils sont exposés depuis toujours à la radioactivité naturelle. Néanmoins, une exposition trop intense ou supérieure à la valeur normale permise peut avoir des conséquences néfastes sur l’individu. Elle peut provoquer divers effets, comme la brûlure, la cécité, le cancer et même la mort. La radioactivité constitue donc bien un danger pour l’homme qu’il ne faut pas négliger [4,6,7]. Il est alors nécessaire de se protéger et de protéger les personnes travaillant quotidiennement au contact de la radioactivité.
Ces éléments responsables de la radioactivité mesurée dans la croûte terrestre sont essentiellement l'uranium-238, le thorium-232 ainsi que leurs descendants et le potassium-40 [4,8]. La distribution de l’activité de ces radionucléides dépend de l’aspect géologique et géochimique du milieu.
Vis-à-vis des différentes activités économiques dans le district d’Ambilobe telles que la sucrerie SIRAMA, la carrière de pierres précieuses à BETSIAKA, le transport de sable pour la construction, il est alors nécessaire d’investiguer le niveau de la radioactivité naturelle dans ce district et d’évaluer ses impacts radiologiques sur la santé des habitants. L’étude de radioactivité dans ce site consiste à établir l’état zéro, par l’évaluation des principaux radionucléides naturels dans les sols de ce district.
2. MATERIELS ET METHODES
2.1 Description des sites d’étude
Les prélèvements des échantillons des sols ont été faits sur les 16 communes du district d’Ambilobe de la région DIANA, situé dans la partie nord de Madagascar. Ces communes sont distantes de 20 à 70 km environ par rapport à la ville d’Ambilobe. Les coordonnées géographiques sont comprises entre la latitude12° 44'-14° 21' Sud et la longitude48° 34'-49° 27'Est, soit 1315000 m - 1480000 m de latitude et 615000 m - 731000 m de longitude en projection Laborde (Figure 2). Le présent site d’étude est réparti en cinq (05) zones, à savoirs la zone centre (ZC), la zone nord (ZN), la zone sud (ZS), la zone est (ZE) et la zone ouest (ZO). La Figure 1a et le Tableau 1 représente la répartition de ces communes par zone d’étude.
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Figure 1a : Zones d’étudeFigure 1b : Différents types de sols
Figure 1 : Localisation des points de prélèvements des échantillons et texture des sols.
2.2 Prélèvement et préparation des échantillons
Les travaux de terrain ont été effectués entre le mois de juillet et décembre 2017. Les points de prélèvements ont été repérés à l’aide d’un GPS de marque Etrex Garmin et présentés sur la Figure 1a. Les campagnes de prélèvements ont permis de collecter 70 échantillons de sols. Les caractéristiques des sols prélevés et leurs textures sont montrés à la Figure 1b et résumées dans le Tableau 1. La quantité d’un échantillon prélevé est d’environ 300 g, pris jusqu’à 30 cm de profondeur à l’aide d’une bèche. Les échantillons collectés ont été ensuite mis dans des sachets en plastique, étiquetés et scellés pour éviter toute sorte de contamination.
Tableau 1 : Caractéristique et texture du sol dans les différentes zones d’études
SiteLocalitéNombre d’échantillonType de sols
Zone NordMarivorahona7- Ferralitiques sur basalte- Sols squelettique sur calcaire de l’Ankarana, alluviaux argilo-limoneux, limon-sableux
Antsaravibe3
Zone SudBeramanja6- Ferralitique- Alluviaux argilo-limoneux d’origine basaltique, sable fin
Ambarakaraka3- Argilo-sableux, sols alluviaux sableux fin plus argilo-limoneux, sols squelettiques sur schiste
Anaborano Ifasy3- Sols alluviaux sableux fin plus argilo-limoneux, sols squelettiques sur schiste
Ambatoben’Anjavy4- Sols minéraux bruts : argilo-limoneux, squelettique sur marne et calcaires
Zone centreAmbilobe ville10- Sols ferralitiques- Sols alluviaux limono-sableux
Grève de Mahavavy1- Sableux
Zone EstAmbakirano3- Sols ferrugineux à concrétion, sableux fin
Betsiaka5- Sols ferralitique, argilo-limoneux
Tanambe4- Sols squelettiques sur schistes
Zone OuestMantaly5- Sols jaunes de pédiplaine, limono-sableux, argilo-limoneux
Sirama3- Sols argilo-limoneux, limono-sableux
Antsohimbodrona3- Limono-sableux, sableux fin, argilo-limoneux
Ampondralava4- Sols argilo-limoneux, sableux fin, limono-sableux
Ambodibonara3- Sols argilo-limoneux, sableux fin
Anjiabe3- Sols argilo-limoneux, sableux fin
Les échantillons des sols ont été préparés physiquement au Département Analyses et Techniques Nucléaires de l’INSTN-Madagascar. Ces échantillons ont été étuvés à 80°C pour éliminer l’humidité, broyés à l'aide d'un mortier à pilon pour les rendre homogènes et tamisés à travers une maille de 2 mm. Ils ont été mis dans des porte-échantillons cylindriques en polyéthylènes de 100 cm3, scellés hermétiquement et stockés pendant trois semaines pour atteindre l’équilibre séculaire entre le radium-226 et ses descendants.
2.3. Chaîne de spectrométrie gamma
La chaîne de spectrométrie gamma permet de mesurer qualitativement et quantitativement les radionucléides émetteurs gamma. Elle est composée d’un détecteur, d’un préamplificateur, d’un analyseur multicanaux (MCA) et d’un logiciel de traitement ScintiVision. La Figure 2 montre le dispositif concernant la chaine de spectrométrie gamma utilisée au Département Analyses et Techniques Nucléaires.
Figure 2 : Dispositif de la chaîne de comptage au détecteur NaI(Tl) de l’INSTN-Madagascar
2.3. Matériaux de référence
Les matériaux de référence certifiés servent à étalonner la chaîne de mesure avant de procéder à l’analyse des échantillons. Dans ce travail, nous avons utilisé les RGK-1, RGU-1 et RGTh-1 contenants respectivement du potassium, de la famille de l’uranium et celle du thorium. Leurs caractéristiques sont données dans le Tableau 2.
Tableau 2 : Caractéristiques des matériaux de référence RGK-1, RGU-1 et RGTh-1 disposés par le département Analyses et Techniques Nucléaires à l’INSTN-Madagascar
Matériau de référenceRGK-1RGU-1RGTh-1
Volume100 cm3100 cm3100 cm3
Masse114,03 ± 0,02 (g)142,85 ± 0,03 (g)135,04 ±0,04 (g)
TeneurK448000 ±3000 (µg.g-1)< 20 (µg.g-1)0,02 ± 0,01%
U< 0,001 (µg.g-1)400 ± 2 (µg.g-1)6,3
±
±
0,4 (µg.g-1)
Th< 0,01 (µg.g-1)< 1 (µg.g-1)800
±
±
16 (µg.g-1)
NatureSulfate de potassium extra purMinerai d’Uranium dilué avec de la SiliceMinerai de Thorium dilué avec de la Silice
K: Potassium, U: Uranium et Th: Thorium.
Les matériaux de référence RGK-1 et RGU-1 sont respectivement composés de potassium et d’uranium presque purs. En effet, la présence du thorium et du potassium dans le RGU-1 ainsi que celle du thorium et de l’uranium dans le RGK-1 peuvent être négligées. Par contre, celle de l’uranium dans le RGTh-1 ne peut pas être omise.
2.4. Etalonnage de la chaîne de mesure
2.4.1. Etalonnage de l’énergie
L’étalonnage en énergie sert à déterminer la relation entre le numéro de canal et l’énergie. Cette relation est une droite d’équation sous forme y = ax + b, où y est l’énergie en keV, x est le numéro de canal et a, b sont les constantes à déterminer. Le numéro du canal est déterminé sur le centre d’un pic photoélectrique. Pour ce faire, il est nécessaire d’utiliser des sources certifiées, en termes de radionucléides ainsi que leurs concentrations. Cet étalonnage nécessite donc plusieurs pics gamma caractéristiques afin d’avoir de bon lissage de la courbe. Comme le détecteur NaI(Tl) a une basse résolution en énergie, quelques pics gamma des radionucléides naturels peuvent être exploités. Quatre pics photoélectriques ont été utilisés pour l’étalonnage : le plomb-214 (352 keV), le potassium-40 (1461 keV), le bismuth-214 (1764,5 keV) et le thallium-208 (2614,5 keV). Ces pics sont choisis car ils sont relativement isolés et ne présentent pas d’interférence avec les autres pics photoélectriques dans le spectre. Dans ce travail, on obtient la droite d’étalonnage en énergie suivante :
E = 3,88C - 39,25 (1)
Avec E est l’énergie en keV et C est le numéro de canal d’accumulation maximum de coups.
2.4.2. Etalonnage en efficacité
L’étalonnage en efficacité utilise la méthode développée par Rybach. Cette méthode suggère que la largeur des régions d’intérêt devrait être égale à 10% de l’énergie du radionucléide. Cependant, une région d’intérêt légèrement plus large de 15% a été prise en considération pour récupérer la totalité de la surface du pic photoélectrique [19].
Taux de comptage
Le taux de comptage net
R
i
,
j
{R} rsub {i,j}
est proportionnel aux activités
A
k
,
j
.
{A} rsub {k,j} .
Les indices i (1 à 3), j (1 à 3) et k (1 à 3) correspondent respectivement aux régions d’intérêt, étalons et radionucléides. On a :
(2)
Où Ak,j étant l’activité du nucléide k dans la jème source étalon ;
εi,k la constante d’étalonnage dans la ième région d’intérêt pour le radionucléide k ;
Ri,j le taux de comptage net pour la ième région d’intérêt du jème source étalon, qui est donné par l’équation (3) :
(3)
Où Ni,j est l’Aire de pic enregistré par le détecteur ;
tj la durée de comptage exprimé en seconde ;
Rbi le taux de comptage du bruit de fond dans la ièmer égion d’intérêt.
Les taux de comptage nets de région d’intérêt ajustée à 15% autour des pics d’énergie 1461keV, 1765keV et 2614keV sont obtenus en mesurant séparément les sources étalons RGK-1, RGU-1 et RGTh-1.
Constante d’efficacité
Les constantes d’efficacité sont déterminées à partir des activités des matériaux de référence et des taux de comptage des régions d’intérêt. Ainsi, on a [8] :
Pour le RGK-1: (4)
Pour le RGU-1: et (5)
Pour le RGTh-1 : et (6)
Les autres constantes d’efficacités peuvent être déterminées en combinant les taux de comptage d’uranium et de thorium dans la troisième région d’intérêt. Alors, on a ainsi :
et (7)
2.5. Calcul des activités spécifiques des radionucléides naturelles dans les échantillons
En se référant à l’équation (2), on obtient ainsi la forme matricielle suivante [5] :
(8)
Avecetétant des matrices (3x1) respectivement les taux de comptage nets et les activités spécifiques des radionucléides naturels présents dans les échantillons des sols.
Les activités spécifiques de ces trois principaux radionucléides naturels peuvent être calculées en inversant la matrice dans l’équation (8), alors, il vient :
(9)
Par conséquent, les activités spécifiques sont finalement déterminées à partir de l’équation (10).
(10)
Avec AK, AU et ATh représentent les activités spécifiques et RK, RU et RTh les taux de comptage nets enregistrés.
2.6. Analyse des échantillons de sols
Les échantillons ont été analysés l’un après l’autre pendant 24 heures pour que les comptages statistiques de chaque pic gamma exploité soient suffisants (supérieur à 10000 coups). Les spectres sauvegardés sont ensuite traités à l’aide du logiciel ScintiVision. Les valeurs de l’activité spécifique sont accompagnées d’incertitudes de mesure. Pour la valeur moyenne de l’activité, l’incertitude est représentée par l’écart-type.
3. RESULTATS
3.1. Activités spécifiques des radionucléides naturels dans la zone Centre
D’après les résultats dans le Tableau 6 et sur la Figure 3, on constate que le potassium-40, la famille de l’uranium-238 et celle du thorium-232 ont été détectés dans les sols de la ville d’Ambilobe.
Tableau 6 : Activités spécifiques des trois radionucléides naturels dans la ville d’Ambilobe.
Code d’échantillonActivités spécifiques (Bq.kg-1)
Potassium-40Uranium-238Thorium-232
ZC01322±925±138±1
ZC02898±2613±0,436±1
ZC03313±911±0,435±1
ZC04290±811±0,326±1
ZC05319±1015±0,332±1
ZC06384±121±0,541±1
ZC07227±616±0,329±1
ZC08549±1627±146±1
ZC09637±1825±165±2
ZC10737±2136±197±3
ZC11848±2432±164±2
Moyenne ±σ[Min – Max]502 ± 243[227 – 898]21 ± 9[11 – 36]46 ± 21[26 – 97]
Moyenne mondiale4003530
ZC : Zone Centre ; σ : écart-type.
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Figure 3 : Activités spécifiques du K-40, de la famille de l’U-238 et celle du Th-232 dans la zone Centre
Parmi les onze échantillons de sols collectés, cinq ont des activités spécifiques du potassium-40 supérieures à la moyenne mondiale de 400 Bq.kg-1 et neuf présentent des activités spécifiques de la famille du thorium-232 plus élevées que la moyenne mondiale de 30 Bq.kg-1. Quant à la famille de l’uranium-238, seulement un échantillon a une activité spécifique qui dépasse la moyenne mondiale de 35 Bq.kg-1. En moyenne, l’activité spécifique du potassium-40 observée dans les sols de la zone Centre a été plus importante, suivie de l’activité de la famille du thorium-232 et celle de l’uranium-238.
3.2. Activités spécifiques des radionucléides naturels dans la zone Nord
Les résultats dans le Tableau 7 et sur la Figure 4 montrent que le potassium-40, la famille de l’uranium-238 et celle du thorium-232 ont été quantifiés dans les sols de Marivorahona et d’Antsaravibe.
Tableau 7 : Activités spécifiques des trois radionucléides naturels dans la zone Nord
Code d’échantillonActivités spécifiques (Bq.kg-1)
Potassium-40Uranium-238Thorium-232
ZN01129 ± 415 ± 179 ± 2
ZN02267 ± 814 ± 0,434 ± 1
ZN03311 ± 916 ± 0,220 ± 1
ZN04453 ± 1317 ± 151 ± 1
ZN05512 ± 1511 ± 0,324 ± 1
ZN06510 ± 1511 ± 0,427 ± 1
ZN07294 ± 88 ± 0,328 ± 1
ZN08687 ± 2015 ± 0,218 ±1
ZN09346 ± 1012 ± 0,328±1
ZN10516 ± 1518±0,434±1
Moyenne ±σ[Min – Max]403 ± 162[129 – 687]14 ± 3[8 – 18]34 ±18 [18 – 79]
Moyenne mondiale4003530
ZN : Zone Nord ; σ : écart-type
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Figure 4 : Activités spécifiques du K-40, de la famille de l’U-238 et celle du Th-232 dans la zone nord
Parmi dix échantillons, on remarque que cinq échantillons ont des activités spécifiques du potassium-40 supérieures à 400 Bq.kg-1 et deux échantillons ont des activités du thorium-232 plus élevées que 30 Bq.kg-1. Par contre, tous les échantillons prélevés dans cette zone ont des activités spécifiques de la famille de l’uranium-238 inférieures à la moyenne mondiale de 35 Bq.kg-1. On observe également que les activités spécifiques du potassium-40 ont été constatées plus importantes par rapport aux activités spécifiques de la famille du thorium-232 et celles de la famille de l’uranium-238.
3.3. Activités spécifiques des radionucléides naturels dans la zone Sud
Le Tableau 8 et la Figure 5 montrent que le potassium-40, les familles de l’uranium-238 et du thorium-232 ont été détectés dans les sols de la zone Sud.
Tableau 8 : Activités spécifiques des trois radionucléides dans la zone Sud
Code d’échantillonActivités spécifiques (Bq.kg-1)
Potassium-40Uranium-238Thorium-232
ZS01989 ± 2839 ± 165 ± 2
ZS02832 ± 2415 ± 0,430 ± 1
ZS03979 ± 2828 ± 166 ± 2
ZS04967 ± 2824 ± 0,437 ± 1
ZS05625 ± 1815 ± 132 ± 1
ZS06503 ± 1413 ± 0,437 ± 1
ZS07723 ± 2116 ± 0,329 ± 1
ZS08520 ± 1516 ± 0,325 ± 1
ZS09226 ± 617 ± 0,329 ± 1
ZS10213 ± 627 ± 155 ± 1
ZS11781 ± 2210 ± 0,326 ± 1
ZS12602 ± 1726 ±145 ± 1
ZS13254 ± 716 ± 0,330 ± 1
ZS14222 ± 625 ± 183 ± 2
ZS15537 ± 1516 ± 0,334 ± 1
ZS16530 ± 1514 ± 0,541 ± 1
Moyenne ±σ[Min – Max]594 ± 272[213 – 989]20 ± 8[10 – 39]42 ±17 [25 – 83]
Moyenne mondiale4003530
ZS : Zone Sud ; σ : écart-type.
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Figure 5 : Activités spécifiques du K-40, de la famille de l’U-238 et celle du Th-232 dans la zone Sud
Par rapport à la moyenne mondiale de400 Bq.kg-1 du potassium-40, 75% d’échantillons des sols prélevés dépassent cette moyenne. Tandis que 19% d’échantillons de sols collectés ont des activités supérieures à la moyenne mondiale de 30 Bq.kg-1 pour la famille du thorium-232. Pour ce qui est de la famille de l’uranium-238, ses activités sont généralement inférieures à la moyenne mondiale de 35 Bq.kg-1. On remarque également que les activités spécifiques du potassium-40 sont plus élevées que celles de la famille du thorium-232 et de l’uranium-238.
3.4. Activités spécifiques des radionucléides naturels dans la zone Est
Les résultats dans le Tableau 9 et sur la Figure 6 montrent que le potassium-40, la famille de l’uranium-238 et celle du thorium-232 sont quantifiés dans les sols de la zone Est.
Tableau 9 : Activités spécifiques des trois radionucléides naturels dans la zone Est
Code d’échantillonActivités spécifiques (Bq.kg-1)
Potassium-40Uranium-238Thorium-232
ZE01279 ± 824 ± 174 ± 2
ZE02526 ± 1511 ± 0,323 ± 1
ZE03741 ± 2130 ± 159 ± 2
ZE04488 ± 1425 ± 170 ± 2
ZE05207 ± 617 ± 0,324 ± 1
ZE061196 ± 3417 ± 147 ± 1
ZE07772 ± 2213 ± 0,221 ± 1
ZE08854 ± 2413 ± 0,221 ± 1
ZE09560 ± 1632 ± 161 ± 2
ZE10332 ± 925 ± 149 ± 1
ZE11308 ± 934 ± 143 ± 1
ZE12365 ± 1030 ± 187 ± 2
Moyenne ±σ[Min – Max]552 ± 291[207 – 1196]23 ± 8[11 – 34]48 ±23 [21 – 87]
Moyenne mondiale4003530
ZE : Zone Est ; σ : écart-type.
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Figure 6 : Activités spécifiques du K-40, de la famille de l’U-238 et celle du Th-232 dans la zone Est
Ces résultats révèlent que les activités spécifiques de ces trois radionucléides fluctuent d’un point à l’autre. Parmi douze échantillons des sols collectés, sept ont des activités spécifiques du potassium-40 plus élevées que la moyenne mondiale de 400 Bq.kg-1, dix ont des activités spécifiques de la famille du thorium-232 plus importantes que la moyenne mondiale de 30 Bq.kg-1. Par contre, toutes les activités spécifiques de la famille de l’uranium-238 dans les échantillons des sols prélevés dans cette zone d’étude sont inférieures à la moyenne mondiale de 35 Bq.kg-1. Dans la zone Est, on constate que les activités spécifiques du potassium-40 sont remarquablement dominantes, suivies des activités spécifiques de la famille du thorium-232 et celles de la famille de l’uranium-238.
3.4. Activités spécifiques des radionucléides naturels dans la zone Ouest
Les résultats dans le Tableau 10 et sur la Figure 7 révèlent que le potassium-40, la famille de l’uranium-238 et celle du thorium-232 ont été détectés dans les échantillons des sols de la zone Ouest.
Tableau 10 : Activités spécifiques des trois radionucléides naturels dans la zone Ouest.
Code de l’échantillonActivités spécifiques (Bq.kg-1)
Potassium-40Uranium-238Thorium-232
ZO011025 ± 2914 ± 0,325 ± 1
ZO02905 ± 2617 ± 0,329 ± 1
ZO031147 ± 3310 ± 0,216 ± 0,4
ZO04774 ± 2211 ± 0,222 ± 1
ZO05482 ± 1413 ± 0,220 ± 1
ZO06834 ± 247 ± 0,112 ± 0,3
ZO07659 ± 1915 ± 0,231 ± 1
ZO08642 ± 1813 ± 0,231 ± 1
ZO09604 ± 1726 ± 0,544 ± 1
ZO10719 ± 2113 ± 0,220 ± 1
ZO111125 ± 3214 ± 0,214 ± 0,4
ZO12858 ± 2513 ± 0,222 ± 1
ZO13939 ± 2710 ± 0,330 ± 1
ZO141120 ± 324 ± 0,214 ± 0,4
ZO15712 ± 2015 ± 0,435 ± 1
ZO16799 ± 2321 ± 0,324 ± 1
ZO17909 ± 2620 ± 160 ± 2
ZO18618 ± 1831 ± 152 ± 1
ZO191054 ± 3013 ± 0,441 ± 1
ZO20821 ± 238 ± 0,223 ± 1
ZO21829 ± 2410 ± 0,332 ± 1
Moyenne ±σ[Min – Max]837 ± 186[482 – 1147]14 ± 6[4 – 31]28 ± 13 [12 – 60]
Moyenne mondiale4003530
ZO : Zone Ouest ; σ : écart-type
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Figure 7 : Activités spécifiques du K-40, de la famille de l’U-238 et celle du Th-232 dans la zone Ouest.
Toutes les activités spécifiques du potassium-40 sont supérieures à la moyenne mondiale de 400 Bq.kg-1. Tandis que pour le cas de la famille de l’uranium-238, toutes ses activités spécifiques sont inférieures à la moyenne mondiale de 35 Bq.kg-1. Quant à la famille du thorium-232, huit échantillons parmi onze ont des activités spécifiques plus élevées que la moyenne mondiale de 30 Bq.kg-1. On remarque aussi que les activités spécifiques du potassium-40 observées ont été plus importantes par rapport aux activités spécifiques de la famille du thorium-232 ainsi qu’à celles de la famille de l’uranium-238.
3.5. Corrélations entre les activités des trois radionucléides naturels
D’après la Figure 8, seuls les points de nuage formés par les activités des familles de l’uranium-238 et du thorium-232 sont proches de la droite d’ajustement. Cela implique qu’il y a une corrélation entre les activités de la famille de l’uranium-238 et celles de la famille du thorium-232 (R2 = 0,60).
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Figure 8 : Corrélation entre les activités du K-40, de la famille de l’U-238 et celle du Th-232 dans les sols.
Quant aux relations entre les activités du potassium-40 et de la famille de l’uranium-238 ainsi que celles du potassium-40 et de la famille du thorium-232, on constate que leurs coefficients de corrélation, respectivement (R2 = 0,013) et (R2 = 0,041), sont faibles et les nuages de points s’éloignent de la droite d’ajustement. Cela signifie qu’il n’existe pas de relation pertinente entre ces activités dans les sols du district d’Ambilobe.
4. DISCUSSION
Les résultats obtenus révèlent que le potassium-40, la famille de l’uranium-238 et la famille du thorium-232 ont été quantifiés dans les sols du district d’Ambilobe dans le Nord de Madagascar. Ces résultats montrent que les activités de ces trois radionucléides naturels fluctuent d’une zone à l’autre.
En comparant les activités moyennes trouvées dans les cinq zones étudiées avec les moyennes mondiales, on constate que :
Potassium-40 :
Les activités moyennes dans la zone Nord sont comparables à la valeur de la moyenne mondiale de 400 Bq.kg-1. Mais, les moyennes trouvées dans la zone Centre, zone Est et zone Sud sont légèrement supérieures à la moyenne mondiale. Celle estimée dans la zone Ouest est deux fois plus importante que la moyenne mondiale.
Famille de l’uranium-238 :
Les moyennes des activités de la zone Centre, zone Est et zone Sud sont légèrement inférieures à la moyenne mondiale de 35 Bq.kg-1. Par ailleurs, les moyennes dans les sols de la zone Nord et zone Ouest sont moitié plus faibles que la moyenne mondiale.
Famille du thorium-232 :
Les activités moyennes de la zone Centre, zone Nord, zone Sud et zone Est sont légèrement supérieures à la moyenne mondiale de 30 Bq.kg-1. Cependant, l’activité moyenne de la zone Ouest est légèrement faible devant la moyenne mondiale.
On remarque aussi que, pour l’ensemble des résultats obtenus, les activités spécifiques des radionucléides naturels dans les sols du district d’Ambilobe sont dominées par le potassium-40, suivie de la famille du thorium-232 ainsi que la famille de l’uranium-238.
D’une manière générale, les radionucléides naturels tels que le potassium-40, la famille de l’uranium-238 et la famille du thorium-232 ne sont pas uniformément repartis dans les sols du district d’Ambilobe. Cela est dû aux structures géologiques du site d’étude et aussi aux caractéristiques pédologiques du sol de ces différentes zones d’étude.
Zonage :
Les travaux de J. Vieillefon et P. Bourgeat nous ont fourni les renseignements sur la pédologie du district d’Ambilobe [9].
Dans les trois zones (centre, est et sud), les comportements de ces trois radionucléides sont relativement identiques. Les activités moyennes de l’uranium-238 sont en-dessous de celle moyenne mondiale de 35 Bq.kg-1. Tandis que les activités moyennes du potassium-40 et de la famille du thorium-232 sont supérieures aux celles moyennes mondiales de 400 Bq.kg-1 et 30 Bq.kg-1 respectivement. Les sols sont généralement argilo-sableux de pH < 6 [24]. Ce type de sol contient une concentration relativement élevée de potassium. En ce qui concerne les deux autres radionucléides, ces types de sol mobilisent d’avantage l’uranium par rapport au thorium. Ceux-ci expliquent la légère augmentation de l’activité du thorium-232.
Dans la zone nord, les trois radionucléides mesurés présentent des niveaux normaux de la radioactivité. Pour le potassium-40 et la famille du thorium-232, les activités moyennes trouvées sont relativement identiques à celles moyennes mondiales. Pour la famille de l’uranium-238, l’activité moyenne trouvée est deux fois moins de celle moyenne mondiale. Les sols sont peu profonds et très caillouteux de pH compris entre 6 à 6,9. Les bas-fonds ont des aspects limono-sableux et squelettiques [24]. Ce dernier est fortement acide dans tout le profil. Ces types de sol s’expliquent les niveaux de radioactivité du milieu.
Dans la zone ouest, les familles de l’uranium-238 et du thorium-232 présentent des niveaux faibles par rapport aux valeurs moyennes mondiales. Tandis que l’activité moyenne du potassium-40 est deux fois plus élevée de celle de référence mondiale. La pédologie de cette zone est formée des carapaces et des alluvions. Les sols présentent des natures de sable fin, limono-sableux, limono-argileux, alluviaux argilo-limoneux d’origine basaltique dont le pH est compris entre 4,8 à 5,6. Ces sols sont généralement des produits de décomposition de matière organique [24]. Ceux-ci expliquent la prédominance des activités du potassium-40 par rapport aux deux autres radionucléides uranium-238 et thorium-232. De plus, cette zone est exploitée par la culture de canne à sucre. L’utilisation des engrais augmente le niveau du potassium-40 dans le sol.
En ce qui concerne les rapports entre les trois radionucléides, le potassium-40 n’est pas en corrélation avec les familles de l’uranium-238 et du thorium-232. Les raisons sont que ces radionucléides proviennent des différentes sources et sont dus aux différents processus d’enrichissement/déplétion dans l’environnement [25]. Par contre, l’uranium-238 et le thorium-232 sont en corrélation positive (R2 = 0,6). Cette corrélation signifie que les deux radionucléides proviennent des mêmes minéraux. Dans toutes les zones, l’activité du thorium trouvée est deux fois supérieure de celle de l’uranium. Cela indique que les deux éléments se trouvent dans des minéraux résistants [12].
5. CONCLUSION
Le présent travail permet d’aborder les points importants sur l’étude de la radioactivité naturelle dans le Nord de Madagascar, plus précisément, dans le district d’Ambilobe de la région DIANA.
Soixante-dix échantillons de sols répartis dans cinq zones d’étude ont été collectés et analysés par spectrométrie gamma au NaI(Tl). La méthode de traitement développée par Rybach a été appliquée.
Les résultats révèlent que le potassium-40, la famille de l’uranium-238 et celle du thorium-232 sont détectés dans les sols des cinq zones d’étude.
Pour chaque zone étudiée, les niveaux de la radioactivité de ces trois radionucléides naturels dans les sols varient d’un point à l’autre et ne sont pas uniformément distribués. Les différences de résultats obtenus pour les cinq zones d’étude peuvent s'expliquer par l'interaction avec les formations géologiques et pédologiques des sites d'étude.
Les activités des radionucléides naturels présents dans les sols sont dominées par le potassium-40, suivie de la famille du thorium-232, ainsi que celle de l’uranium-238.
Ces résultats peuvent servir comme bases de données et référence pour des études ultérieures dans le domaine de l’étude de la radioactivité environnementale. La connaissance de ces données permet également d’évaluer d’éventuels risques radiologiques liés aux rayonnements ionisants de la population de ce district.
Reconnaissance : Les travaux scientifiques et les analyses des échantillons ont été effectués dans le Département Analyses et Techniques Nucléaires de l’Institut National des Sciences et Techniques Nucléaires (INSTN-Madagascar).
Ainsi, nos remerciements vont donc :
A la Direction générale de l’institut, qui a autorisé la réalisation de cette recherche au laboratoire de l’INSTN-Madagascar.
A l’équipe scientifique et technique du Département ATN qui a facilité l’accès aux équipements de préparation et de mesure, et aidé dans le traitement ainsi qu’à l’interprétation des données.
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