Tout le monde est une source
On n’échappe pas au potassium 40. Il constitue 0,0117 % de tout le potassium naturel, les trois isotopes sont chimiquement identiques, et le potassium est indispensable à chacune de vos cellules.
Un adulte de soixante-dix kilos porte environ 140 grammes de potassium, pour l’essentiel à l’intérieur des cellules. Sur ce total, quelque 16 milligrammes sont du potassium 40 — soit environ 4 400 désintégrations par seconde.
C’est la première source de rayonnement à l’intérieur d’un corps humain, devant le carbone 14. La dose annuelle avoisine 0,17 millisievert, pour un fond naturel de 2 à 3.
⚠️ C’est assez pour poser des problèmes pratiques. Les détecteurs de rayonnement sensibles doivent être protégés du potassium contenu dans le béton environnant, et l’opérateur qui se tient à côté apparaît sur l’instrument.
Le problème de la banane
La dose équivalente banane est une manière répandue d’expliquer la radioactivité : une banane vaut environ 0,1 microsievert, une radiographie du thorax 700 bananes, et ainsi de suite.
C’est une bonne illustration et un mauvais fait.
L’organisme maintient sa concentration en potassium dans des limites étroites. Mangez-en davantage et les reins évacuent l’excédent en quelques heures. Votre potassium 40 dépend de votre masse corporelle, pas de votre alimentation.
⚠️ Manger cent bananes ne donne donc pas cent doses banane. Cela donne la dose que vous aviez déjà, plus des fruits.
La comparaison reste utile pour les ordres de grandeur — elle rend concret un microsievert abstrait. Elle ne doit simplement pas être lue comme un mécanisme.
L’argon de l’air
Le potassium 40 se désintègre de deux façons. Dans environ 89 % des cas il émet une particule bêta et devient du calcium 40. Les 11 % restants capturent un électron et deviennent de l’argon 40.
C’est cette voie minoritaire qui a rempli l’atmosphère.
L’argon représente 0,93 % de l’air, ce qui en fait de loin le gaz noble le plus abondant sur Terre — mille fois plus courant que le néon, alors que le néon est bien plus abondant dans l’univers. Il s’agit presque uniquement d’argon 40, produit par la désintégration du potassium dans les roches de la croûte pendant 4,5 milliards d’années.
⚠️ La signature isotopique le trahit. Dans le Soleil, l’argon 36 domine. Sur Terre, l’argon 40 représente 99,6 % du total. La différence est l’enregistrement de quatre milliards et demi d’années de potassium se désintégrant sous nos pieds.
Compter une personne
Parce que le potassium 40 émet un rayon gamma dans 11 % de ses désintégrations, et que ce rayon a une énergie caractéristique de 1,46 mégaélectronvolt, une personne peut être mesurée de l’extérieur.
Un anthroporadiamètre est une pièce blindée équipée d’un détecteur, généralement construite en acier d’avant-guerre — l’acier fondu après 1945 porte des traces de retombées qui noieraient le signal. Le sujet s’y installe quelques minutes et l’appareil compte les rayons gamma qui sortent de son corps.
La raie du potassium 40 sert de repère. Comme le corps contient du potassium en proportion de sa masse maigre, le comptage donne une mesure de la masse musculaire, et la technique servait en physiologie avant l’existence des appareils de composition corporelle.
⚠️ Le même instrument détecte tout ce qu’une personne transporte d’autre. C’est ainsi qu’on a mesuré le césium interne des travailleurs de Tchernobyl et de Fukushima — par comparaison avec le pic de potassium que tout le monde possède.
Dater les couches d’Olduvai
La même désintégration constitue l’une des horloges les plus importantes de la géologie.
Lorsqu’un minéral cristallise à partir d’un magma, l’argon s’échappe : c’est un gaz et il n’entre pas dans le réseau cristallin. À partir de cet instant, l’argon 40 produit par la désintégration du potassium reste piégé. Mesurer les deux donne le temps écoulé depuis le refroidissement.
La gamme utile s’étend d’environ cent mille ans à l’âge du système solaire, ce qui couvre l’essentiel de l’histoire géologique.
C’est la méthode qui a daté les couches de cendres volcaniques d’Olduvai, et donc établi l’âge des restes d’hominidés trouvés entre elles. Avant elle, la paléoanthropologie disposait de datations relatives — cette couche est plus ancienne que celle-là — mais d’aucun chiffre.
⚠️ La méthode échoue si la roche a été réchauffée, car l’argon piégé s’échappe et l’horloge se remet partiellement à zéro. Ce défaut est devenu un atout : il permet de dater des événements thermiques postérieurs à la formation.