Les taux de radon observés dans la nature sont si faibles qu'on ne le détecte pas par des analyses chimiques classiques, mais par sa radioactivité.

Une activité de 1000 Bq/m3 d'air (concentration largement supérieure à ce qui est habituellement observé) traduirait une présence de 0,17 picogramme de radon par mètre cube — soit une concentration molaire de l'ordre d'un millionième de millionième de millionième — alors qu'une concentration relative de l'ordre du millionième est déjà très difficile à détecter. Hors contexte de guerre atomique ou accidentel (Tchernobyl, Fukushima...), toute la radioactivité de l'atmosphère terrestre n'est due qu'à quelques dizaines de grammes de radon. Un air chargé en radon ne change donc pas de composition observable ni de propriétés physico-chimiques (le changement porte sur des « traces de traces de traces »), mais se charge d'une qualité radioactive qui semble venir de nulle part.

Cette faible teneur de l'air en radon est due à sa rapide décomposition radioactive, mais il est en permanence remplacé par un flux de radon libéré par les roches, les mines (d'uranium et de charbon notamment) ou les eaux naturelles qui les traversent.

Le radon est spontanément présent dans les régions granitiques, volcaniques et uranifères. En France, selon l'IRSN il « représente le tiers de l'exposition moyenne de la population française aux rayonnements ionisants » ; les régions riches en radon sont la Bretagne, le Massif central, les Vosges et la Corse.

Le radon se forme par désintégration du radium dans la chaîne de désintégration radioactive de l'uranium et du thorium naturellement contenus dans les roches ou le sol (ou déplacés par l'Homme lors de certaines activités industrielles ou minières). Ces deux métaux sont présents dans la croûte terrestre depuis sa formation, et leurs isotopes les plus communs ont une très longue demi-vie (~704 Ma pour 235U ; ~4,47 Ga pour 238U ; ~14,1 Ga pour 232Th). L'uranium et le thorium continueront donc à naturellement produire un flux naturel de radon, pour des milliards d'années, à des concentrations voisines de celles que nous connaissons.

Au moment de sa formation par désintégration, chaque atome de radium est expulsé de sa matrice (grain du matériau), avec une énergie cinétique (ou « énergie de recul ») qui lui permet, dans un minéral de densité moyenne de parcourir de 20 à 70 nm. S'il est proche de la surface d'une roche ou dans un grain fin, il peut se déplacer par diffusion et passer dans l'air ou dans l'eau, mais ce processus étant lent, et le radon ayant une assez courte demi-vie, seul le radon formé en surface des phases solides atteindra l'air ou l'eau avant de se désintégrer. L'eau, (chaude et acide notamment) peut aussi solubiliser la roche et se charger de radon. Dans les sols les plus communs, selon l'INERIS, 10 à 50 % du radon s'échappe du grain où il est produit et passe dans les pores et éventuellement l'air ou l'eau interstitielle23. Le coefficient d'Oswald (dit coefficient de Bunsen quand il concerne l'eau), est le rapport de l'activité volumique du radon dans l'eau à son activité volumique dans l’air ; ce coefficient α est une fonction décroissante de la température de l’eau T :

{\displaystyle \alpha =0,105+0,403\times e^{-0,0502\times T}} {\displaystyle \alpha =0,105+0,403\times e^{-0,0502\times T}} (T exprimée en °C)

Par exemple à 20 °C : {\displaystyle \alpha =0,245} {\displaystyle \alpha =0,245}

Le flux naturel de radon est normalement piégé dans la roche qui lui donne naissance, et sa demi-vie très courte (de l'ordre de quatre jours) interdit une accumulation au sens propre du terme. Cependant, son caractère gazeux le rend potentiellement mobile. Les activités humaines (mines et combustion du charbon, certaines sécheresses induites par l'homme) peuvent augmenter la libération de radon, et les constructions humaines peuvent l'aspirer et lui permettre de stagner localement, conduisant à des concentrations importantes. Une bonne ventilation est alors nécessaire. Le radon se trouve ainsi en concentration importante dans les mines souterraines et parfois dans les caves (dans certaines zones minières ou granitiques). Il peut aussi être trouvé dans certaines eaux de source et sources chaudes.

Le radon dégaze du sol en quantités plus ou moins importantes. On peut mesurer sa radioactivité ou tenter d’en faire une mesure quantitative26. Le niveau de radon dans l'air est habituellement plus faible en zone urbaine qu'en zone rurale, en raison de sols plus imperméabilisés.

La concentration du radon dans l'atmosphère est si faible que des eaux naturellement riches en radon le perdent au contact de l'air. De ce fait, les nappes d'eaux souterraines, en contact direct avec les roches où le radon est produit, sont plus chargées en radon que les eaux de surface. De même, dans les sols, la zone saturée en eau a une concentration plus forte que la zone aérée, en contact indirect avec l'atmosphère27,28.

Les eaux météoriques peuvent parfois être intensément radioactives à cause de niveaux élevés de radon et ses descendants 214Bi et 214Pb, au point de perturber les outils de surveillance radiologique des centrales nucléaires. 

Les niveaux les plus élevés sont trouvés dans les pluies d'orage. Une hypothèse est que le radon se concentre dans les zones orageuses en raison de sa charge électrique atomique positive. De plus les orages apparaissent en été quand les sols sont plus chauds et/ou desséchés et relarguent le plus de radon30. Des estimations de l'âge des gouttes d'eau ont ainsi pu être obtenues en mesurant l'abondance isotopique des descendants du radon à vie courte dans la pluie.

Les voies d’infiltration du radon dans une maison sont multiples. La principale voie est le sol sur lequel le bâtiment est construit. Le radon s’accumule de préférence dans des endroits clos et peu ventilés comme les caves et dans les maisons modernes les vides sanitaires. L’eau ayant séjourné dans des nappes souterraines est une voie de transfert secondaire (cette eau restitue une partie du radon dissous). 

IRES/IN2P3

Le radon, qui émerge surtout des sous-sols, se dilue rapidement dans l'atmosphère dès qu'il atteint la surface du sol. Mais il n'en va pas de même lorsqu'il s'infiltre à travers les pores et les fissures jusqu'aux caves et pièces d'habitations de nos maisons calfeutrées. Piégé, il peut alors s'y accumuler et atteindre des concentrations importantes. Le radon étant un élément cancérigène, il s’agit de réduire ces concentrations et d’en limiter le risque.

Dans une maison, la concentration varie avec l’heure de la journée et les modes de vie des habitants. Durant la nuit, portes et fenêtres et sont fermés et le radon s’accumule. Au matin, les volets s’ouvrent, la maison s’aère et le gaz se dissipe. 

IRSN

Le radon présent dans l'air d'une habitation provient essentiellement des matériaux de construction et du sol. La contribution des matériaux de construction ne dépasse généralement pas quelques dizaines de becquerels par mètre cube (Bq/m3). Par contre, le sol de l'habitation est la source de concentrations de radon pouvant atteindre quelques centaines de Bq/m3.

La concentration varie en fortement d'une région à l'autre, en fonction de la nature géologique du sous-sol. Le granit et le schiste en contiennent plus, les sols sédimentaires moins. A l’intérieur d’une même zone géologique, la concentration varie aussi fortement d'une maison à l'autre. Des conditions locales comme la nature du sol sous la maison, peuvent engendrer des concentrations élevées. Enfin, la concentration en radon varie au cours de la journée (plus élevée le matin), d'une saison à l'autre (plus élevée en hiver) et en fonction des conditions météorologiques.

La principale source d’infiltrations est le sol sur lequel le bâtiment est construit. Plus on s'éloigne de la source de ces infiltrations (de la cave dans les maisons anciennes), plus la concentration diminue. Le bâtiment est généralement construit en dépression par rapport au sol, ce qui favorise le transfert du radon du sol vers le bâtiment. Il existe des voies préférentielles d’infiltration.

La concentration du radon dans l’air est mesurée par le nombre de désintégrations (becquerels) par mètre cube. Cette carte montre la moyenne des mesures effectuées dans 10013 communes. Les zones à fortes concentrations épousent les contours du Massif-Central et de la Bretagne, régions de vieux massifs granitiques.

IRSN

Les infiltrations dépendent des caractéristiques de la construction du bâtiment (sur sous-sol, terre-plein ou vide sanitaire), de la séparation plus ou moins efficace entre le sol et le bâtiment (terre battue, plancher, dalle en béton), des défauts d’étanchéité à l’air du bâtiment (fissures et porosité des murs et sols, défauts des joints). Les voies de transfert entre les différents niveaux (passage de canalisations, escalier,...) constituent aussi des voies de transfert.

La concentration dans une habitation varie selon l'occupation et les modes de vie de ses habitants. Plus la ventilation est forte et efficace, moins il y a de risques d'avoir de grandes concentrations de radon dans l'habitation. Les moyens pour diminuer les concentrations élevées sont simples : aérer et ventiler les maisons, les sous-sols et les vides sanitaires ; améliorer l'étanchéité des murs et des planchers. 

Les quatre départements de la région Auvergne, une région granitique, sont plus exposés au radon que la moyenne française. Les moyennes départementales des concentrations en radon cachent de grandes disparités. Sur la base des mesures réalisées par l’IRSN, on estime qu’il y aurait en France 60 000 bâtiments où la concentration moyenne annuelle serait supérieure à 1 000 Bq/m3, et 300 000 cette concentration dépasserait 400 Bq/m3. 

© IRES/IN2P3 (source IRSN)

Dans la grande majorité des cas, ces mesures simples suffisent. En cas de problème, la pose de détecteurs dans les différents locaux pour des durées variables peut s’avérer utile. Il existe des organismes spécialisés dans le diagnostic et la réduction du radon. En particulier, l’IRSN procède à des analyses dans les maisons et l’environnement et évalue les actions de protection.

NB : Pour tout renseignement concernant le radon, ses risques, les moyens de mesures, et les actions correctives, on peut s’adresser à l’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN), la direction départementale de l’Equipement (DDE) et à la Fédération française du bâtiment (FFB).