dose de rayonnement

Lorsqu'une particule alpha traverse un gaz, elle ne laisse pas derrière elle une trace continue, mais une chaîne d'ionisations distinctes, de minuscules éclairs où des électrons sont arrachés aux atomes. Dans une cellule vivante, ces éclairs endommagent l'ADN, et plus ils sont regroupés en pelote, plus les dégâts sont graves.

Après une explosion nucléaire, de la suie s'élève dans le ciel. Elle se dépose haut au-dessus des nuages, dans la stratosphère, et y reste pendant des années. Cette suie agit comme un rideau épais : elle bloque une partie des rayons du soleil et modifie la chimie du ciel.

Une éponge que l'on arrose lentement avec un arrosoir s'imbibe entièrement. Mais si l'on y jette le même seau d'eau d'un coup, le centre sera mouillé tandis que les bords resteront presque secs. C'est à peu près le comportement d'un matériau qui absorbe l'énergie de manière non linéaire : plus le flux est intense, plus il reste piégé au point d'impact.

Une image obtenue avec une faible dose de rayons X ressemble à une vue à travers une vitre embuée : les contours sont là, mais les détails se noient dans un voile trouble. Les médecins ont besoin de ces clichés pendant la radiothérapie – pour viser précisément la tumeur et épargner les tissus sains.

Un « pied à coulisse » cosmique va bientôt mesurer une étoile à neutrons avec une précision d'une centaine de mètres. Pour un objet d'une vingtaine de kilomètres de diamètre, c'est comme mesurer l'épaisseur d'un cheveu humain à un kilomètre de distance. Une étoile à neutrons est le vestige d'une supernova explosée.

La radiothérapie est un tir ciblé sur la tumeur, mais chaque tir doit être réglé au millimètre et à la fraction de seconde près. Le problème, c'est que les dosimètres existants sont soit encombrants, soit ils perturbent eux-mêmes le faisceau, soit ils nécessitent des pauses pour la lecture.

Un flash photographique qui se déclenche en un millième de seconde ne chauffe pas le sujet – contrairement à un flash ordinaire qui dure une seconde entière.

Un panneau intelligent pour contrôler les ondes radio qui se déplacent à la vitesse de la lumière fonctionne comme un orchestre : des centaines d'éléments miniatures, véritables « instruments », modifient leur phase (le moment où ils entrent en jeu) sur commande via une tension.

Les étoiles à neutrons sont l'accord final de l'évolution des étoiles massives. Nées dans le cataclysme d'une supernova, elles compriment une masse comparable à celle du Soleil dans une sphère de la taille d'une métropole terrestre.

Une casserole de soupe bouillante frémit, et on aimerait savoir à quel point chaque goutte est chaude à l'intérieur. Mais on ne peut plonger le thermomètre que sur le bord, là où ça bouillonne déjà moins.

Une pierre tombe dans un étang : près du bord, les rides sont presque invisibles, mais à l'endroit de l'impact, l'eau bouillonne. Le champ électrique autour d'une charge se comporte de la même manière : à proximité, il est intense et chaotique ; à distance, il s'étire en une onde régulière qui emporte de l'énergie.

La radiothérapie vise la tumeur, mais les tissus sains en souffrent aussi. La thérapie flash consiste en une irradiation en une fraction de seconde, et elle épargne étonnamment les cellules saines sans réduire l'impact sur le cancer.

Un tuyau d'arrosage projette un jet fin et puissant. En le déplaçant sur le jardin, on peut arroser tout le potager sans inonder les allées. C'est à peu près ainsi que fonctionne la nouvelle approche pour traiter les tumeurs profondes : au lieu d'un large flux de rayonnement, on utilise un faisceau étroit d'électrons accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière, et on balaie la tumeur avec, comme avec un…

Lorsqu'on irradie une tumeur dans le cerveau, une partie de l'énergie atteint aussi les cellules saines. Quelques mois plus tard, sur les images IRM de certains patients, apparaissent des taches claires – ce sont des zones où le tissu a été modifié par les radiations. Les médecins les appellent « rehaussements de contraste radio-induits ».

La radiothérapie du cancer de la prostate exige un calcul précis de la dose d'irradiation en chaque point du corps. La méthode classique de Monte-Carlo simule des millions de particules et prend des heures, alors que pour adapter le plan aux changements quotidiens de l'anatomie, il faut des secondes.

À l'intérieur du Soleil, des transformations nucléaires invisibles se produisent chaque seconde. L'une d'elles est la naissance du bore-8 : le noyau de béryllium-7 capture un proton qui passe par là et devient, l'espace d'un instant, un nouvel élément.

Une radiographie, c'est comme une photo dans le noir : moins il y a de lumière, moins on distingue les détails. Des médecins ont voulu savoir à quel point on pouvait réduire la « lumière » lors d'un scanner (tomodensitométrie) sans pour autant passer à côté d'une maladie.

Deux villes : l'une avec des rues droites et bien alignées, l'autre avec des ruelles tortueuses. Si on lâche un puissant jet d'eau sur les deux, dans la première l'eau s'écoulera rapidement par les canaux, tandis que dans la seconde elle inondera tout autour. C'est à peu près ce qui se passe dans les tissus lors de la radiothérapie ultrarapide, appelée FLASH.

Le faisceau d'ions carbone frappe la tumeur avec précision, comme un chirurgien qui ne verrait que la peau. À l'intérieur du corps, le faisceau s'arrête, et savoir où exactement était un mystère.

La foudre frappe une fourmilière. Une partie des fourmis meurt sur le coup, une autre se fige, et quelques jours plus tard, les survivantes recommencent à creuser des galeries.

Pendant une radiothérapie, la tumeur et les tissus environnants peuvent se déplacer ou changer de taille. Les médecins prennent régulièrement des images et ajustent parfois le plan pour que les radiations atteignent précisément la cible. Mais comment savoir quelle dose a déjà été délivrée et combien il en reste ?

Lorsqu'on irradie une tumeur dans la région de la tête ou du cou, les rayons traversent aussi les tissus sains. Parfois, l'os de la mâchoire commence à se nécroser après cela – c'est une complication grave appelée ostéoradionécrose. La question n'est pas de savoir si cela arrive, mais dans quelle mesure la dose d'irradiation elle-même augmente le risque.

Une cellule prise dans un faisceau de protons ressemble à une ville après un bombardement ciblé : ici des quartiers entiers sont détruits, là seulement des vitres sont brisées. La survie de la ville dépend des bâtiments touchés et de la répartition des impacts.

Au cœur d'un grand accélérateur de particules règne une pluie invisible de rayons gamma — comme si l'on laissait un fil de verre sous un appareil à rayons X allumé pendant des années. L'électronique classique y lâche rapidement, et il faut bien transmettre les données du détecteur vers l'extérieur.