Les retombées radioactives sont les matériaux radioactifs mis en suspension dans l'atmosphère à la suite d'une explosion d'une arme nucléaire ou un accident nucléaire. Il s'agit donc d'une forme de pollution nucléaire, susceptible de conséquences sanitaires. Ces éléments de petite taille, poussières visibles ou non, retombent lentement sur le sol, souvent jusqu'à très loin de leur provenance.

Il existe différents moyens de se protéger des retombées radioactives : masque à gaz et combinaison NBC (en cas de faibles radiations) ou abri anti-atomique, mais la plus efficace reste l'évacuation.

En 1954, la bombe Castle Bravo, d'une puissance de 15 mégatonnes et testée dans l'atoll de Bikini, a provoqué un drame humain et écologique dans une zone de plusieurs centaines de kilomètres autour du lieu d'explosion. Le premier accident grave du nucléaire civil du monde occidental, l'incendie de Windscale (renommée Sellafield depuis), a eu lieu en 1957 en Angleterre. Les conséquences déclenchèrent un mouvement d'opinion global critique à l'égard des tests et, plus généralement, du développement d'armes nucléairesLes cobayes du Folamour, Le Monde.

Origine des retombées Retombées d'un accident nucléaire Des retombées radioactives peuvent être dues à un accident nucléaire, explosion ou incendie, qui libère de la matière radioactive dans l'atmosphère. L'explosion d'une installation nucléaire n'a rien de commun avec une explosion nucléaire pour ce qui est de la puissance de l'explosion proprement dite : ce sont des détonations ou des déflagrations chimiques, mais qui peuvent projeter au loin des matériaux radioactifs.

Même dans un accident majeur extrême comme celui de Tchernobyl, où s'étaient succédé l'explosion de la cuve et l'incendie du modérateur graphite, tous les produits du cœur ne sont pas dispersés dans l'atmosphère. Les produits radioactifs partiront d'autant plus dans l'atmosphère qu'ils sont volatils : plus le point d'ébullition d'un corps sera faible, plus il sera facilement volatilisé par l'accident et plus il ne se condensera que lentement pour retomber au sol, ce qui augmentera sa dispersion par rapport aux produits moins volatils.

Pour l'échelle internationale des événements nucléaires (INES), sera qualifié d'« accident majeur » (de niveau 7) le rejet dans l'atmosphère de l'équivalent d'une quantité d'iode 131 supérieure à plusieurs dizaines de milliers de térabecquerels, le seuil approximatif étant donné à ou INES User Manual, http://www-ns.iaea.org/tech-areas/emergency/ines.asp#3.

Cette quantité (de l'ordre de un million de curies) correspond à une fraction de l'inventaire radioactif typique d'un cœur de centrale nucléaire, et un tel accident entraîne immédiatement des problèmes de radioprotection sur une zone étendue (et potentiellement multinationale) : évacuations dans l'immédiat, éventuelles limitations d'accès par la suite.

Les quatre plus importants accidents nucléaires en termes de retombées ont donné lieu à des émissions très disparates : Dans le cas de la catastrophe nucléaire de Tchernobyl, les émissions ont été de () d'iode 131, de césium 137 et 10 PBq de strontium 90. Elles représentent donc d'« équivalent iode 131 » dans la méthode d'évaluation de l'échelle INES, supérieur d'un facteur 100 au seuil nécessaire pour le niveau 7. Comparativement, l'accident nucléaire de Fukushima a émis de l'ordre de d'équivalent iodeD'après Accident de Fukushima : conséquences sur le milieu terrestre au Japon, Didier Champion, IRSN, 9 février 2012., le classant lui aussi au niveau maximum 7. La catastrophe nucléaire de Kychtym a projeté environ 740 PBq (20 MCi), dont 10 % soit 74 PBq a donné lieu à des retombées non localesData Analysis and Physicochemical Modeling of the Radiation Accident in the Southern Urals in 1957, Moscow ATOMNAYA ENERGIYA, Jan 95 No 1, .. L'INES la situe au niveau 6 sur l'échelle INES en retenant l'émission de 1 PBq de strontium 90 et 13 TBq de césium 137 dans ces retombées, soit 20,5 PBq d'équivalent iode. Une évaluation de 2017 indique une répartition des isotopes de 66 % de Cérium 144, 25 % de Zirconium 95, 5,4 % de Strontium 90, 3,7 % de Ruthénium 106, et 0,35 % de Césium 137, soit des valeurs supérieures à celles utilisées par l'INES et qui pourraient justifier un classement au niveau 7. L'incendie de Windscale a dispersé 740 TBq d'iode 131, ce qui le situe au niveau 5 de l'échelle INES. Il n'a pas donné lieu à une évacuation sanitaire, mais le lait collecté dans les environs a été détruit par précaution.

Retombées d'une explosion atomique

La masse de produit de fission dépend de l'énergie produite durant l'explosion. Elle n'est pas très élevée, de l'ordre du kilogramme, car si la puissance thermique est considérable le temps durant lequel elle est émise est très court.

Dans le cas de la bombe Little Boy qui a explosé à Hiroshima un calcul précis donne une masse fissionnée de sur une masse totale de d'uranium enrichi à 80 %.. Les quantités de produit de fission sont donc très inférieures à celle produites par un réacteur électrogène de grande puissance durant une année de fonctionnement.

En revanche, l'activité de ces produits de fission est de plusieurs ordres de grandeur supérieure à celle d'un cœur de réacteur, parce que leur production n'est pas étalée dans le temps, et que les produits de fission à vie courte commencent en même temps leur décroissance radioactive.

La radioactivité contenue dans le nuage est proportionnelle à l’énergie développée par l’engin testé de l’ordre de une heure après l’explosion. Là où l'activité d'un cœur d'uranium dégageant thermique est de l'ordre de , l'activité du nuage est encore de une heure après une explosion de .

Les produits de fission proprement dits sont caractérisés par une activité bêta globale estimée à une heure après l’explosion (H+1). La dimension radiologique des essais nucléaires français en Polynésie, ministère de la Défense, décembre 2006. Il s'y ajoute les produits d'activation engendrés par le flux de neutrons sur l'atmosphère, ainsi que le reliquat de la matière fissile (dont la fission ne peut pas atteindre un rendement élevé) et les débris de l'engin explosif.

L'évolution en fonction du temps de l'indice bêta global du mélange décroît sensiblement selon une loi empirique en t jusqu'à après l’essai ; au-delà la décroissance s'accélère, et la loi s’exprime en t.

Cette radioactivité correspond à un dégagement d'énergie qui reste important : de l'ordre de 10 % de l'énergie de fission est produite sous forme de radiations résiduelles émises après l'explosion. Cependant, cette énergie ne contribue pas à la puissance explosive : quand on indique la puissance d'une bombe, elle est conventionnellement limitée à l'énergie émise moins d'une minute après l'explosion, hors radioactivité résiduelleThe effects of nuclear weapons, 1.27.

Mécanisme de retombées locales

Les conséquences sanitaires les plus importantes sont celles des retombées locales.

Dans une explosion nucléaire de surface, ou dans l'incendie d'une installation nucléaire, une grande partie des matériaux en surface est pulvérisée et vaporisée par la chaleur, et est entraînée dans le nuage en champignon ou pyrocumulus ; il prend alors une couleur marron. Quand il se condense, ce matériau génère une grande quantité de particules de 100 nm à quelques millimètres de diamètre. Dans ce cas, les particules deviennent contaminées par les produits de fission et les produits d'activation qui s'y condensent. Il peut s'y ajouter la suie des incendies. Plus de la moitié de la radioactivité émise peut se retrouver piégée dans ces débris, qui peuvent retomber sur terre en moins de 24 heures.

Les premières retombées arrivent ainsi moins d'une heure après l'explosion. La composition chimique des éléments radioactifs conduit à une stratification chimique, les composés les moins volatils, qui se condensent en premier, se fixent sur les particules les plus grosses qui tombent localement ; les composés plus volatils se déposent par la suite et plus loin.

Le risque radiologique correspondant aux retombées globales est beaucoup plus faible, ne serait-ce que parce que les radionucléides sont plus dispersés, et que les produits de fission à vie courte ont le temps de perdre leur activité pendant le transport atmosphérique.

Zones contaminées et niveaux de contamination La zone effectivement contaminée dépend de la météorologie au moment de l'explosion. Si les vents sont forts, la contamination s'étend sur une distance plus grande, mais met autant de temps à retomber ; elle est en conséquence diluée et plus diffuse. De ce fait, les limites au sol de la contamination correspondant à une dose donnée sont moins étendues quand le trajet du panache sous le vent a été allongé par des vents en altitude.

Des pluies ou des orages peuvent ramener les particules au sol beaucoup plus rapidement, si le nuage radioactif est « lavé » par les gouttes d'eau. C'est l'intensité plus ou moins forte des précipitations qui conduit pour Tchernobyl à ces cartes de contamination en « peau de léopard », la contamination au sol étant provoquée par des averses éparses. De même, bien qu'une explosion nucléaire en altitude n'entraîne par elle-même pas de contamination significative au sol, une pluie locale comme la « black rain » de Nagasaki peut ramener au sol des poussières radioactives et des cendres, créant néanmoins des taches de contamination.

Urgences médicales Syndrome d'irradiation aiguë

Un syndrome d'irradiation aiguë n'est pratiquement possible que pour des doses radioactives dépassant le sievert (ou 100 Rad), donc (si l'on exclut l'absence de mesure de radioprotection immédiate) pour une population exposée à un débit de dose de l'ordre ou supérieur à , ou de l'ordre du gray en moins de dix heures.

Un tel débit de dose peut se rencontrer dans les jours qui suivent une explosion atomique au sol, quand le pyrocumulus a incorporé des poussières lourdes qui retombent rapidement, ou encore quand le nuage radioactif est délavé par de la pluie avant d'avoir gagné la stratosphère. Ainsi, les retombées radioactives imprévues de l'essai au sol américain Castle Bravo ont été mortelles sur des centaines de kilomètres. Elle a entraîné un syndrome d'irradiation aiguë pour l'équipage du Daigo Fukuryū Maru qui pêchait dans cette zone, qui fut fatal pour l'un des marins : de toute l'histoire du nucléaire civil ou militaire, la mort d'Aikichi Kuboyama est le seul cas de mort par syndrome d'irradiation aiguë provoqué par des retombées nucléaires.

Il n'y a pas eu de retombées locales de ce niveau lors des bombardements atomiques de Hiroshima et Nagasaki, qui ont été des explosions en altitude, beaucoup plus efficaces sur le plan militaire. Les victimes qui ont souffert du syndrome d'irradiation aiguë ont été irradiées par le rayonnement de l'explosion elle-même, non par des retombées. La pluie noire (« black rain ») qui est tombée sur Hiroshima avait été noircie par les cendres provenant de l'incendie géant de la ville, mais n'était que modérément radioactive, et n'a pu entraîner au maximum que des irradiations inférieures à 0,5 grayD'après Uranium Isotopes in Hiroshima “Black Rain” Soil, Journal of Radiation Research, Vol.24, No.3(1983) ..

Un débit de dose suffisant pour entraîner un syndrome d'irradiation aiguë est également envisageable à proximité immédiate d'un accident nucléaire, comme dans la « forêt rousse » de Tchernobyl, où s'étaient concentrées les particules non vaporisées issues de l'incendie de la centrale.

Zones de danger

L'irradiation globale peut être mortelle à partir de , et la mort est certaine au-dessus de reçus en moins de quelques heures. À l'autre bout de l'échelle du risque, il n'y a pas d'effet observable en dessous d'une irradiation de l'ordre de , ou d'un débit de dose de l'ordre de 100 µSv/h.