Brevet FR2936315A1 — publié le 20100326

PAT 095/08 2936315 Procédé de détection de rayonnement ionisant La présente invention concerne un procédé de détection de rayonnement ionisant et de ses sources. Parmi le rayonnement ionisant comptent aussi bien les rayons électromagnétiques, tels que les rayonnements X et gamma, que le rayonnement de particules, tels que les rayonnements alpha, bêta et neutroniques. Celui-ci est caractérisé par le fait qu'il possède une quantité d'énergie suffisante afin d'ioniser les atomes et molécules, c'est- à-dire de produire à partir d'atomes et de molécules électriquement neutres des particules chargées positivement et négativement. Lorsque le rayonnement ionisant pénètre de la matière, par exemple une cellule ou un organisme, il lui transfère de l'énergie. Si celle-ci est suffisamment forte, elle peut provoquer de graves dommages dus au rayonnement. Le rayonnement ionisant est présent et dans la nature et en tant que résultat d'activité humaine. Des substances radioactives naturelles existent tant dans l'être humain que dans les sols et les roches de la croûte terrestre. Dans les domaines de la médecine, de la recherche, de la technique ainsi que par l'utilisation de l'énergie atomique, les substances radioactives sont mises en oeuvre d'une manière visée et sont générées de manière artificielle. Du document EP 1 693 642 Al on connaît un procédé pour la détection de mines terrestres par voie aérienne, dans lequel on met en oeuvre des biocapteurs qui, par une interaction avec des traces d'explosif, sont incités à produire des protéines fluorescentes et sont ainsi activés. Ces biocapteurs sont excités au moyen d'un rayon laser d'un scanner à laser aéroporté, et on détecte par voie aérienne les signaux de fluorescence produits lors de cela, tout en détectant le signal de réflexion de surface du rayon laser de sorte que l'on peut créer à partir de cela un modèle numérique de terrain auquel le signal de fluorescence est intégré. Ledit modèle numérique de terrain peut être représenté, par exemple, sur une unité de visualisation ou sous forme de cartes. Les développements faits dans ce document à l'égard de la manière de procéder lors de la détection de la fluorescence au moyen du scannage laser aéroporté ainsi qu'à l'égard de la réalisation d'un modèle numérique de terrain à l'aide PAT 095/08 2936315 -2 du signal de réflexion de surface du rayon laser servent à la compréhension et l'élaboration de la présente invention. Selon l'art antérieur, lors de la détection de rayonnement ionisant et de ses sources, on 5 se voit confronté au problème général que l'intensité de rayonnement ionisant (par exemple de rayonnement radioactif) diminue avec le carré de la distance et que, au-delà de ce fait, le rayonnement de fond ionisant naturel se superpose à celui-ci. En pratique, cela signifie que, déjà à une distance comprise entre environ 25 et 30 m, une tête nucléaire ne peut plus être discernée dudit rayonnement de fond naturel et, par 10 conséquent, ne peut pas être détectée. La � portée � mesurable de rayonnement alpha dans l'air n'est que de 0,05 m, celle du rayonnement bêta est de 4 m à peu près et celle du rayonnement gamma est de 50 m environ. La détection fructueuse de sources de rayonnement selon les procédés utilisés jusqu'à présent, par exemple au moyen d'un compteur Geiger, suppose donc que l'exploration du terrain se fait en 15 parties extrêmement petites et requiert donc beaucoup de temps et que le détecteur est guidé avec soin et à proximité du sol. De meilleurs résultats ainsi qu'une plus grande sensibilité des détecteurs peuvent être atteints tout au plus par des ouvertures d'entrée de mesure plus grandes des détecteurs, par des intervalles de mesure plus longs ainsi que par une réduction de la distance séparant la source de rayonnement et 20 le détecteur. C'est là où la présente invention entre en jeu. Prenant en tant que base la problématique mentionnée, la présente invention a pour objet de mettre à disposition un procédé de détection de rayonnement ionisant et de ses sources, du genre 25 mentionné au début, qui, en comparaison des procédés classiques, permet la détection de rayonnement ionisant sur des distances plus importantes. Cet objet est atteint par un procédé de détection de rayonnement ionisant et de ses sources du genre mentionné au début. 30 Selon l'invention, il est prévu d'utiliser en tant que détecteurs des biocapteurs vivants qui sont aptes à être incités par le rayonnement ionisant à produire des composés fluorescents (tels que les protéines), les biocapteurs pouvant donc être incités à émettre un rayonnement fluorescent, détectés et, le cas échéant, géoréférencés à distance, par exemple via une plate-forme aéroportée, en particulier au moyen d'un système LIDAR (light detection and ranging). PAT 095/08 -3 Grâce à la solution selon l'invention, la distance séparant le détecteur/le biocapteur et la source ionisante est minimisée et, ainsi, le rayonnement mesurable pour le détecteur/biocapteur est maximisé. De plus, la réduction de la distance présente l'avantage de renforcer exclusivement le signal provenant de la source ionisante, mais non pas celui du rayonnement de fond. Le procédé selon l'invention permet de détecter à distance le rayonnement ionisant et ses sources et offre ainsi de nouvelles possibilités dans l'examen, la détection et le géoréférencement à haute résolution de sources de rayonnement. Le rayonnement ionisant est démontré en mesurant de manière qualitative et/ou quantitative la production de substances fluorescentes (telles que les protéines) en réponse de matière biologique vivante à ce rayonnement. Dans le procédé selon l'invention, de préférence, on peut mettre en oeuvre de façon complémentaire une plate-forme basée à terre (comprenant un camion par exemple) afin de pouvoir assurer, par exemple, également une détection dans des régions urbaines à rues canyon étroites dans lesquelles les capteurs d'un avion à capteurs risquent d'être recouverts/masqués. De plus, par exemple, selon un mode développé de l'invention, des applications sont possibles dans lesquelles un liquide à pulvériser ou un substrat contenant lesdits biocapteurs est appliqué par pulvérisation sur les surfaces intérieures de conteneurs maritimes ou sur d'autres récipients ou conteneurs de transport et les biocapteurs sont examinés sur le lieu de destination des conteneurs de transport à l'égard de la charge en rayonnement ionisant. Dans cette application, on utilise le temps de voyage du conteneur de transport vers le lieu de destination en tant que temps de mesure des biocapteurs. De cette manière, dans le cas de longs temps de voyage, par exemple de conteneurs maritimes utilisés pour le transport intercontinental, il est possible, grâce au temps de mesure sensiblement plus long, de détecter aussi les sources de rayonnement ionisant sans doute les plus faibles ou encore bien protégées et cachées dans les conteneurs de transport. Les biocapteurs qui entrent en ligne de compte selon l'invention sont, de préférence, des organismes vivants unicellulaires, en particulier certaines bactéries du sol ou PAT 095/08 levures résistantes au rayonnement. Elles sont résistantes au rayonnement parce qu'elles possèdent des mécanismes de réparation particulièrement efficaces pour leur ADN. L'initiation de ces mécanismes de réparation en tant que réaction à une charge en rayonnement ionisant qui, autrement, est nuisible à la santé est utilisée comme déclencheur pour la production de protéines fluorescentes détectables dans la cellule du biocapteur. On peut utiliser des bactéries ou levures inoffensives qui, par exemple, sont génétiquement modifiées de manière à ce qu'elles produisent un signal lisible par voie aérienne ou à distance (mesure qualitative), dès qu'elles sont chargées du rayonnement ionisant. Ce signal lisible des biocapteurs est la production connue de protéines fluorescentes dans la cellule/le biocapteur. Dans le biocapteur, la production de ces protéines fluorescentes est liée génétiquement directement à un mécanisme de réparation de la cellule pour les endommagements provoqués par le rayonnement ionisant, mécanisme qui démarre naturellement. Ces endommagements peuvent être, par exemple, des fractures dans la double hélice de l'ADN ou un niveau élevé de radicaux libres (atomes d'hydrogène ou d'oxygène ionisés) dans la cellule, qui endommage la cellule. Grâce à la liaison génétique entre le mécanisme de réparation et la production de protéines fluorescentes, l'invention crée un biocapteur pour le rayonnement ionisant. Afin de pouvoir détecter des sources particulièrement intenses de rayonnement ionisant, on utilise de préférence des biocapteurs de bactéries ou levures particulièrement tolérantes au rayonnement ou bien résistantes au rayonnement. A titre d'exemple, on cite ici le Deinococcus radiodurans R1. Contrairement à des procédés usuels jusqu'à présent, la surface de détecteur, c'est-à- dire, dans ce cas, le nombre des surfaces couvertes de biocapteurs et la densité de couverture des biocapteurs sur cette surface peut, selon l'invention, être choisie de manière à être presque aussi grande qu'on voudra. Les intervalles de mesure pour la mise en évidence de rayonnement ionisant peuvent être choisis en fonction de la capacité de survie des biocapteurs sous une charge de rayonnement, aussi bien sur le terrain que dans des conteneurs de transport à examiner, de manière à être aussi PAT 095/08 longs qu'on voudra. La distance de détection entre la source à détecter du rayonnement ionisant et le détecteur (biocapteur) peut être pratiquement zéro puisque les biocapteurs, comme nuage d'aérosol, peuvent se déposer directement sur la source ou sur son récipient. De la sorte, les paramètres connus pour la sensibilité d'un système de mesure destiné à la mise en évidence d'un rayonnement ionisant, tels que la surface de détecteur, l'intervalle de mesure et la distance de mesure par rapport à la source de rayonnement peuvent être facilement optimisés. Le procédé selon l'invention permet des examens de terrain par voie aérienne sur une grande surface avec un géoréférencement précis ainsi qu'avec une haute résolution locale des sources de rayonnement détectées. Ce dernier point est d'une très grande importance pour � first responder � au sol, pour la détection rapide de terrain contaminé et pour la détermination de routes sûres d'évacuation. Le procédé selon l'invention dans sa réalisation aéroportée évite toute charge en rayonnement pour le personnel chargé de l'examen. Le danger dû à une contamination et à une incorporation de particules ionisantes, par exemple par les retombées d'une bombe radiologique, est réduit dans la mesure la plus large. De préférence, selon un mode développé du procédé, on prévoit une mesure quantitative du rayonnement ionisant qui peut être réalisée en mettant en oeuvre des biocapteurs à sensibilité différente au rayonnement. A cette fin, on peut déterminer expérimentalement le niveau de la charge en rayonnement au-dessus du rayonnement naturel de fond, auquel certains micro-organismes déclenchent leur mécanisme de réparation. En règle générale, les biocapteurs se déposent directement sur la surface d'un objet émettant un rayonnement ionisant, en particulier sous forme d'une précipitation d'un nuage d'aérosol. Dans le cas de sources de fort rayonnement que l'on peut s'imaginer, par souci de simplification, comme source ponctuelle, ce sont même les biocapteurs résistants au rayonnement qui, en fonction de la durée d'action du rayonnement ionisant, ne sont pas aptes à survivre. Ainsi, au centre de la source et à une distance X du centre, les biocapteurs (de sensibilité différente au rayonnement) ne peuvent pas former des protéines PAT 095/08 -6 fluorescentes comme signal puisqu'ils meurent auparavant. C'est pourquoi, sur l'image aérienne ou bien sur l'image de détection, on peut s'attendre à une surface exempte de signal dans laquelle on ne détecte pas de protéines fluorescentes. Cette surface est entourée d'un halo fluorescent formé par des biocapteurs qui ont survécu, à mécanisme activé de réparation. De la grandeur du halo ainsi que de la distance entre celui-ci et le centre, on peut donc tirer la conclusion sur l'intensité de la source de rayonnement. Selon une variante possible de l'invention, cette relation peut être utilisée également afin de construire un biocapteur � lights out �. Un tel biocapteur serait incité à produire une protéine fluorescente déjà par des additifs contenus dans le liquide de pulvérisation, par exemple lorsqu'il est épandu par voie aérienne. Les biocapteurs qui tombent ainsi sur des sources de rayonnement ionisant n'auraient plus de temps à former ou à former complètement des protéines fluorescentes parce que, dû au rayonnement, ils meurent auparavant. Par conséquent, vu d'en haut, avec des temps de vie insuffisants, on ne pourrait donc pas s'attendre à une lumière fluorescente de biocapteurs dans les environs de la source de rayonnement ionisant. Des applications possibles pour le procédé selon l'invention sont par exemple les suivantes: la détection de bombes radiologiques (dirty bombs), de têtes nucléaires ou d'uranium hautement enrichi utilisable pour les armes. Ainsi, on détecte des armes de destruction massive ainsi que la fabrication ou le stockage éventuellement illégal(e) d'uranium enrichi ou bien utilisable pour les armes. Cette détection peut être réalisée très rapidement et sur une grande surface parce que, actuellement, la capacité journalière de systèmes LIDAR aéroportés est comprise entre 50 et 100 km2 à peu près. Des capacités journalières comparables peuvent être obtenues également sans problème avec un ensemble d'avions de pulvérisation requis. La détection décrite peut être faite à distance, en particulier par voie aérienne également au moyen d'un avion à capteurs non piloté et volant à basse altitude (UAV), de sorte que l'utilisation du procédé puisse se faire aussi sur le territoire d'Etats qui n'ont pas donné leur consentement ; PAT 095/08 2936315 7 la détection, dans l'environnement, des points d'impact de munition tirée perforante en uranium appauvri. Lors de l'impact d'un projectile à l'uranium, celui-ci brûle et produit entre autres de l'oxyde d'uranium hautement toxique qui se dépose sous forme d'un brouillard de fines particules autour du point d'impact ; la détection de fuites et retombées radioactives en provenance de centrales nucléaires fonctionnant normalement ou ayant subi une avarie. Il existe par exemple la possibilité de mettre de telles cartes en concordance avec un atlas de leucémie ; 10 - l'exploration de minerais d'uranium ; - prévisions relatives aux tremblements de terre et aux éruptions volcaniques. Dans le temps avant l'apparition de tremblements de terre et d'éruptions volcaniques, il y a de plus fortes émanations de radon, un gaz rare radioactif qui est naturellement 15 présent dans le sol, ce qui est dû au fait que, dans le sol, les tensions augmentent et les rapports de pression changent. Ces émanations de gaz peuvent être détectées sur une grande surface à l'aide du procédé selon l'invention, les éventuelles failles et zones dérangées dans le sol peuvent être cartographiées à partir des taux d'émanation de gaz radon qui y sont particulièrement élevés, et on peut élaborer ainsi des 20 prévisions relatives à des tremblements ou éruptions volcaniques imminents, qui permettent une décision motivée d'évacuation ; - établissement d'un atlas radon en vue du débit de dose ambiant gamma à attendre. On décrira ci-après une succession préférée des étapes de procédé dans un procédé selon l'invention. D'abord, on procède à l'épandage en nappe par voie aérienne des biocapteurs, par 30 exemple sous forme d'un aérosol, sur un terrain à examiner. Ils s'y déposent directement sur la surface de la terre. S'il existe une source de rayonnement, les micro-organismes y sont endommagés et démarrent leur mécanisme de réparation pour la réparation de dommages dans l'ADN par exemple. Ceci provoque la formation de protéines fluorescentes que l'on peut détecter à distance à l'aide de la plate-forme aéroportée. Dû au fait que, en même temps, un modèle numérique de la surface du 5 25 PAT 095/08 2936315 8 terrain examiné est établi, de préférence, par le biais du système LIDAR, les sources de rayonnement détectées peuvent être associées à leurs coordonnées géodésiques respectives. 5 Les caractéristiques décrites visent également des modes développés préférés de la solution selon l'invention du problème posé. Ci-après, la présente invention sera décrite plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation en référence au dessin annexé, sur lequel : La figure 1 représente une esquisse schématiquement simplifiée qui illustre l'épandage du biocapteur sur une surface à l'aide d'un avion; la figure 2 montre une autre esquisse schématiquement simplifiée qui illustre 15 l'excitation et la détection du biocapteur excité, par voie aérienne au moyen d'un avion à aile fixe. Pour préparer une solution appropriée de biocapteurs, on mélange par exemple des cultures starter lyophilisées des biocapteurs microbiens avec de l'eau et avec des 20 substances nutritives, conduisant ainsi à l'obtention d'une solution aqueuse dense à pulvériser comprenant des biocapteurs fonctionnels. Cette procédure de mélange peut être réalisée à l'aide de moyens simples et ceci également sur des aéroports ruraux et ne prend que quelques heures. 25 Ensuite, on met en oeuvre par exemple un avion agricole 10 équipé de systèmes modernes de pilotage, afin d'appliquer par pulvérisation, en vol à basse altitude et si possible sans aucune lacune, ladite solution de biocapteurs 11 sur des surfaces de suspicion, tel qu'il est montré sur la figure 1. 30 Puis, on survole, par exemple au moyen d'un avion à aile fixe 14, les surfaces 13 sur lesquelles ledit biocapteur était appliqué auparavant, une plate-forme pour un laser d'excitation et un scanner à laser ayant été montée dans ledit avion. L'avion survole les surfaces par exemple à une altitude comprise entre 800 m et 1000 m à peu près. Le laser d'excitation 15 illumine le sol 13 avec une longueur d'onde appropriée pour la 35 protéine fluorescente du biocapteur utilisé. Lorsque les biocapteurs sont activés par un 10 PAT 095/08 2936315 9 rayonnement ionisant, les protéines fluorescentes ainsi produites sont incitées, par le laser, à émettre un rayonnement 17 et sont en même temps détectées par ledit scanner à laser 15, déterminées quant à leur intensité et géoréférencées. PAT 095/08 - 10 - Liste des chiffres de référence 10 avion agricole 11 solution de biocapteurs 13 sol 14 avion à aile fixe 15 scanner à laser 16 protéines fluorescentes 17 rayonnement induit PAT 095/08 Revendications1. Procédé de détection de rayonnement ionisant et de ses sources, caractérisé par le fait que l'on procède à l'épandage de biocapteurs vivants sur un terrain ou objet à examiner, qui sont aptes à être incités par le rayonnement ionisant à former des substances fluorescentes, lesdits biocapteurs épandus étant donc incités à distance à émettre un rayonnement fluorescent et étant détectés à distance. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la fluorescence est induite et détectée via une plate-forme aéroportée, en particulier au moyen d'un système LIDAR (light detection and ranging). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la fluorescence est induite et détectée via une plate-forme basée à terre, de préférence une plate-forme mobile sur un véhicule, en particulier dans des régions dans lesquelles, pour un avion à capteurs, la source de rayonnement ionisant et/ou les biocapteurs sont recouverts/masqués. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'un liquide de pulvérisation ou un substrat contenant lesdits biocapteurs est appliqué par pulvérisation sur les surfaces intérieures de conteneurs maritimes ou sur d'autres conteneurs de transport et que les biocapteurs sont examinés sur le lieu de destination des conteneurs de transport à l'égard de la charge en rayonnement ionisant. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on utilise un biocapteur dit � lights out � qui, peu de temps avant son épandage sur les surfaces à examiner, est incité à produire des substances fluorescentes, l'absence d'une fluorescence servant de preuve d'une source de rayonnement ionisant. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que, en tant que biocapteurs, on utilise des bactéries ou levures résistantes au rayonnement qui produisent un signal lisible par voie aérienne ou à distance, lorsqu'elles sont chargées du rayonnement ionisant. PAT 095/08 2936315 - 12 - 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'on utilise des micro-organismes génétiquement modifiés. 5 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait que le biocapteur comprend le Deinococcus radiodurans R1. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'on prévoit une mesure qualitative à l'aide de laquelle les sources de rayonnement 10 ionisant sont détectées et associées à leurs coordonnées géodésiques respectives. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'on prévoit une mesure quantitative du rayonnement ionisant, qui est réalisée en mettant en oeuvre des biocapteurs à sensibilité différente au rayonnement ; de la 15 dimension et/ou de la géométrie de l'image de détection on conclut sur l'intensité de la source de rayonnement ionisant. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que les biocapteurs sont épandus en nappe par voie aérienne sur un terrain à 20 examiner, sous forme d'un nuage d'aérosol se déposant dans le terrain. 12. Utilisation d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, pour la détection de bombes radiologiques, de têtes nucléaires et d'uranium hautement enrichi. 13. Utilisation d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, pour la détection de munition perforante tirée comprenant de l'uranium appauvri. 14. Utilisation d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, pour 30 la détection de fuites ou retombées radioactives en provenance de centrales nucléaires fonctionnant normalement ou ayant subi une avarie. 15. Utilisation d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, pour l'exploration de gisements de minerai d'uranium. 25 35 PAT 095/08 2936315 - 13 - 16. Utilisation d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, pour l'élaboration de prévisions relatives aux tremblements de terre et aux éruptions volcaniques en détectant des émanations de gaz radon en provenance du sol. 5 17. Utilisation d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, pour détecter et cartographier la charge en rayonnement provenant de gisements naturels de radon à la surface de la terre.