Faut-il avoir peur de la radioactivité ?

Pierre Bey, Jean-Pierre Gérard, Martin Schlumberger

• Éditeur: Odile Jacob
• Année: 2013
• ISBN:
  9782738176424
• Sujet: Medicine
• Sous-sujet: Radiology, Radiotherapy & Nuclear Medicine

Parée de toutes les vertus, parfois au-delà du raisonnable, lors de sa découverte, la radioactivité est aujourd'hui porteuse d'angoisses. Il est vrai que les explosions atomiques militaires d'Hiroshima et de Nagasaki en 1945 et les accidents nucléaires civils de Tchernobyl en 1986 et de Fukushima en 2011 ont contribué à créer et à entretenir l'inquiétude, voire la peur. Ces deux derniers accidents nucléaires soulèvent des questions auxquelles il est nécessaire d'apporter réponse. Cet ouvrage tente d'éclairer le lecteur à partir des données objectives de la connaissance scientifique, suivant en cela la recommandation de Marie Curie expliquant que « rien n'est à craindre dans la vie, tout est à comprendre ». Il permet ainsi au lecteur de mieux apprécier les avantages, et ils sont nombreux, mais aussi les risques, et ils sont réels, de la radioactivité et de l'usage des rayonnements ionisants dans notre vie quotidienne et pour les générations futures. Il répond à des questions que chacun d'entre nous peut se poser, par exemple: «Que faire si on habite à proximité d'une centrale nucléaire?», «Peut-on se rendre au Japon sans risque depuis Fukushima?», «Puis-je consommer des aliments qui en proviennent?» Un ouvrage clair, accessible et pratique. Pierre Bey est professeur émérite de cancérologie-radiothérapie de l'université de Lorraine. Il a dirigé l'hôpital de l'Institut Curie, à Paris. Jean-Pierre Gérard est professeur de cancérologie-radiothérapie de l'université de Nice, et ancien directeur du centre Antoine-Lacassagne, à Nice. Martin Schlumberger est professeur de cancérologie biologique de l'université Paris-Sud, chef du service de médecine nucléaire et du département d'imagerie médicale de l'Institut de cancérologie Gustave-Roussy, à Villejuif.

Chapitre 1

La dangerosité des
rayonnements ionisants :
une question de dose

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La dose de rayonnements ionisants se mesure avec une extrême précision

Les rayonnements ionisants transportent et transmettent une énergie. L’énergie absorbée par unité de masse de tissu correspond à la dose qu’il est possible de quantifier, même lorsqu’elle est très faible. Les effets cellulaires, tissulaires et cliniques d’une exposition aux rayonnements ionisants sont directement liés à cette dose. Le concept de Paracelse* s’applique parfaitement à ces rayonnements : « Rien n’est poison, tout est poison, l’important est la dose. » Chaque fois que l’on évoque la dangerosité des rayonnements ionisants, il convient de connaître la quantité absorbée, c’est-à-dire la dose, en prenant en compte le temps pendant lequel elle a été délivrée et le volume de l’organisme qui la reçoit.

L’ionisation de l’air permet de mesurer la dose de rayonnements ionisants. En effet, lorsqu’ils traversent l’air, l’énergie qu’ils délivrent sur leur passage entraîne une ionisation des molécules d’air avec apparition de charges électriques positives ou négatives en quantité proportionnelle à l’énergie transférée. Lorsque ces charges d’ionisations sont captées par des électrodes dans un circuit électrique, elles génèrent un courant dont l’intensité mesurée est directement proportionnelle à la dose de rayonnement ionisant. Dès 1930, des physiciens ont conçu des chambres d’ionisation spécifiques pour les mesures de dose.

La première unité de dose de rayonnement ionisant a été appelée « roentgen » en hommage au découvreur des rayons X en 1895 et prix Nobel de physique en 1901. La possibilité de mesurer la dose de rayonnement ionisant a définitivement fait entrer la radiologie dans le domaine de la science et permis à la CIPR d’être un exemple en matière de gestion des risques et de proposition de règles de radioprotection. Pour des raisons de cohérence avec les autres systèmes d’unité de mesure, le roentgen a fait place au rad et, plus récemment, au gray* (1 Gy = 100 rad).

La dose a d’abord été définie par l’énergie déposée par le rayonnement dans la matière. Sur un plan purement physique, cette quantité d’énergie est extrêmement faible puisque 1 Gy équivaut au transfert de 1 joule par kilogramme de matière, ce qui n’élève la température d’un litre d’eau que de 0,0014 °C. Cette faible quantité d’énergie possède cependant une très forte activité biologique sur les organismes vivants, car elle agit spécifiquement en altérant la structure chimique de la molécule d’ADN qui pilote le fonctionnement cellulaire.

Une dose de l’ordre de 1 Gy délivrée à l’ensemble du corps humain provoque des effets secondaires immédiats observables et réversibles, d’abord des nausées, puis, en quelques jours et semaines, une diminution des globules blancs et des plaquettes sanguines (cet effet biologique sur les lignées sanguines apparaît même pour des doses plus faibles). Cette même dose de 1 Gy entraîne, dans les années qui suivent, un risque de cancer induit qui vient s’ajouter au risque naturel de développer cette maladie.

En radioprotection, le sievert permet d’estimer le risque

Le risque des faibles doses, encore appelé détriment, est estimé à partir du sievert* (Sv) calculé à partir du gray. L’action biologique des rayonnements ionisants (à dose équivalente mesurée en gray) dépend de la nature de ces rayonnements. Par exemple, les neutrons rapides ont une action biologique dix fois plus forte, à dose physique identique, que les rayons X ou gamma. On dit que leur efficacité biologique relative (EBR) est égale à 10. On définit ainsi la notion de « dose équivalente » qui modifie par le facteur R (Rayonnement) la valeur de la dose en gray. Cette dose équivalente est exprimée en sievert (Sv) et, pour les doses faibles, en millisievert (mSv). L’effet biologique (à dose équivalente identique) va à son tour dépendre de la nature du tissu ou de l’organe exposé au rayonnement ionisant. On définit ainsi la « dose efficace » qui modifie par le facteur T (Tissu) la valeur de la dose équivalente. La dose efficace est l’unité couramment utilisée en radioprotection pour quantifier le détriment radiologique, c’est-à-dire le risque biologique des faibles et très faibles doses. Elle s’exprime en millisievert (mSv). Elle ne tient pas compte du temps pendant lequel la dose est reçue (débit de dose) ni de l’âge auquel elle est reçue. Elle est proportionnelle au risque pour des doses supérieures à 100 à 200 mSv.

Un fait essentiel permet, pour la compréhension pratique, de simplifier ce problème complexe de la dose : pour les photons X ou gamma qui représentent l’essentiel du risque radiologique rencontré dans la vie courante, le gray équivaut au sievert (1 Gy = 1 Sv).

D’une façon générale, le gray est utilisé pour les doses fortes à partir de ou supérieures à 1 Gy et le millisievert (mSv) pour les doses faibles, en dessous de 1 Gy ou 1 000 mSv.

Dans cet ouvrage, cette formulation en Gy pour les fortes doses supérieures ou égales à 1 Gy et en mSv (ou mGy) pour les faibles doses (entre 1 000 et 100 mSv) et les très faibles doses (inférieures à 100 mSv) sera utilisée.

La mesure des rayonnements ionisants : les dosimètres

Si les chambres d’ionisation sont les détecteurs les plus utilisés pour mesurer la dose de rayonnement ionisant, il existe de très nombreux autres types de détecteurs, ou dosimètres. Le dosimètre absolu est le calorimètre, car toutes les formes d’énergie finissent par se transformer en chaleur. Ainsi, à partir des calories mesurées, on remonte à la dose en gray. C’est le laboratoire national Henri-Becquerel à Saclay qui détient l’« étalon absolu » de la dose en radiothérapie à partir de laquelle tous les détecteurs (dosimètres) sont calibrés.

Les détecteurs réglementaires sont des dosimètres individuels, sensibles aux très faibles doses avec un seuil de détection égal ou inférieur à 0,1 mSv. Ils sont portés par tous les personnels travaillant dans des domaines utilisant les rayonnements ionisants. On peut également utiliser des détecteurs électroniques qui permettent de connaître instantanément la dose cumulée sur une courte période, notamment lorsqu’une activité radiologique expose à une dose potentiellement élevée que l’on souhaite maîtriser, par exemple pour du personnel intervenant sur un site contaminé. Il existe ainsi une grande variété de dosimètres adaptés à des structures diverses et permettant de connaître pratiquement en toutes circonstances la dose reçue dans un lieu donné et la dose par unité de temps. On parle alors de débit de dose : gray par minute, milligray ou millisievert par minute, voire micro- et même nanosievert par minute, le niveau de détection étant très performant. En effet, la chambre d’ionisation permet la mesure de très faibles doses d’ionisation (micro-, nano-Sv), en fonction de l’intensité électrique appliquée aux bornes de ses électrodes.

La mesure de la radioactivité : le curie (Ci) et le becquerel* (Bq)

Divers détecteurs, en particulier les compteurs Geiger-Müller, peuvent compter une à une les particules ionisantes émises par des éléments radioactifs (radionucléides*) présents naturellement sur Terre ou issus de l’irradiation cosmique. On parle alors du « bruit de fond ». Ces détecteurs peuvent mesurer les particules émises par une source radioactive localisée, correspondant à la désintégration du radionucléide.

L’activité d’une source radioactive est égale au nombre de désintégrations par seconde dans l’échantillon. La première unité d’activité a été appelée le curie (Ci) en l’honneur de Marie et Pierre Curie qui découvrirent le radium en 1898. Une activité de 1 curie correspondait à 1 gramme de radium 226 ; elle était considérable. Désormais, en cohérence avec le système d’unités de mesure international, l’unité d’activité est le becquerel (du nom du découvreur de la radioactivité, qui partagea le prix Nobel de physique avec Marie et Pierre Curie en 1903). Un becquerel (1 Bq) correspond à une désintégration par seconde ; 1 curie correspond à 37 gigaBq (milliards de becquerels, soit 37 x 10⁹ Bq).

Les nombres de Bq sont donc souvent impressionnants, par exemple lors de la contamination à la suite d’un accident de centrale nucléaire pour l’activité d’éléments radioactifs tels que l’iode 131 et le césium 137. Or quelques millions de becquerels peuvent être tout à fait anodins : c’est le cas en médecine nucléaire, où, pour une scintigraphie thyroïdienne, on injecte plusieurs millions de becquerels d’iode 123, ce qui permet d’obtenir une image utile de la thyroïde sans aucune conséquence biologique pour la personne qui reçoit cette dose.

Le becquerel mesure les particules radioactives émises par un isotope* radioactif. La Terre et la matière vivante contiennent des noyaux radioactifs qui se désintègrent continuellement (l’uranium des roches granitiques, le carbone 14 des cellules vivantes).

Le corps humain, qui contient du potassium 40 et du carbone 14, présente une activité moyenne de 8 000 Bq pour une personne de 80 kg (soit 80 litres puisque notre corps est constitué de molécules d’eau pour une très large part). L’activité moyenne est donc d’environ 100 Bq/litre. C’est par convention la limite maximale d’activité autorisée dans les eaux de table, pour la consommation humaine, dans le cadre des normes de radioprotection.

De l’activité à la dose en gray ou en sievert

Les radioéléments (radionucléides), quelle que soit leur activité, n’entraîneront d’effet biologique que si les rayonnements ionisants émis lors des désintégrations sont absorbés par tout ou partie de l’organisme. Cela peut être soit à partir d’une exposition externe (source de cobalt 60 par exemple), entraînant alors une irradiation externe, soit à partir d’une contamination cutanée (dépôt sur la peau de l’isotope radioactif qui entraînera une irradiation locale), soit à partir d’une contamination interne avec pénétration par inhalation (dans les poumons) ou ingestion (dans l’intestin) de l’isotope radioactif, puis passage éventuel dans la circulation sanguine et diffusion dans les organes.

La dose à l’organisme, exprimée en gray, va alors dépendre du métabolisme du radioélément et de la physiologie de certains organes. Par exemple, la teneur en iodes radioactifs peut être très forte dans l’atmosphère après un accident nucléaire comme celui de Tchernobyl. La contamination interne se fait par inhalation (elle peut être réduite par le confinement) et surtout par l’ingestion de denrées produites sur place (lait et légumes frais) dont la consommation doit alors être réglementée, voire temporairement interdite. La dangerosité de la contamination par les iodes radioactifs est liée à leur concentration par la glande thyroïde, dont l’avidité pour l’iode dépend de l’apport alimentaire en iode stable, non radioactif. Il faut noter que les iodes radioactifs et l’iode stable ont le même métabolisme. Ainsi, la captation des iodes radioactifs par la thyroïde sera nulle si la thyroïde a été préalablement saturée en iode stable. Au contraire, dans les régions carencées en iode alimentaire, la thyroïde en est avide, et l’iode radioactif pourra alors, en se fixant sur la thyroïde lui délivrer une dose à l’origine de cancers quelques années plus tard. C’est ce qui s’est produit en Ukraine, Biélorussie et Russie après l’accident de Tchernobyl. Ce mécanisme est à l’origine de la prévention de l’irradiation thyroïdienne par l’administration d’iode stable quelques heures avant une contamination par de l’iode radioactif.

Il est capital de bien comprendre que le nombre de désintégrations par seconde produites par une substance radioactive, donc son activité mesurée en Bq, n’aura d’effet biologique que si l’énergie ainsi libérée sous forme de rayonnements est absorbée par les tissus et leur délivre une dose d’irradiation mesurée en Gy. C’est la dose qui crée l’effet biologique (bénéfique ou néfaste), non pas l’activité.

Le passage de l’activité en Bq à la dose en Gy ou en Sv est complexe et dépend de multiples facteurs.

La dose délivrée par un isotope radioactif par voie externe répond aux mêmes facteurs que toute irradiation externe. En cas de contamination interne par inhalation ou ingestion, la dose délivrée dépend des émissions bêta ou gamma du radioélément. Pour un émetteur bêta et gamma, la dose à un organe donné dépend essentiellement des émissions bêta dont le trajet dans les tissus est court, alors que celui des émissions gamma est plus long.

Prenons l’exemple de l’iode 131, émetteur bêta et gamma. L’iode 131 est concentré dans la thyroïde, et la dose délivrée à la thyroïde dépend pour plus de 90 % des émissions bêta. La dose, en Gy, dépend de trois facteurs ; d’un coefficient physique qui est propre à l’iode 131, de la concentration radioactive (rapport entre l’activité fixée par la thyroïde en Bq et la masse de la thyroïde en grammes) et de la demi-vie effective de l’iode 131 dans la thyroïde. Chez un adulte, la thyroïde pèse 15 à 20 g et concentre 20 % de l’iode ingéré qui va y rester plusieurs semaines, voire plusieurs mois. Ainsi, la dose délivrée à la thyroïde sera 1 000 à 10 000 fois plus importante que la dose délivrée aux autres organes. Elle sera d’autant plus élevée que la contamination sera plus importante, que la fixation est plus élevée (en cas de carence en iode alimentaire) et que la thyroïde est plus petite. Un enfant âgé de 1 an a une thyroïde de 1 g qui concentre l’iode aussi efficacement que la thyroïde adulte et pour une même contamination, sa thyroïde recevra une dose 15 à 20 fois plus forte que celle d’un adulte. À l’inverse, l’administration d’iode stable non radioactif va saturer les mécanismes de concentration de l’iode par la thyroïde, l’iode radioactif ne sera plus concentré et la dose délivrée à la thyroïde sera faible, voire nulle.

D’autres isotopes radioactifs ne sont concentrés par aucun tissu, comme le césium dont le comportement biologique est identique à celui du potassium. De ce fait, même en cas de contamination significative, la dose délivrée à chaque organe restera relativement faible.

En résumé, chaque fois que l’on veut estimer un effet biologique des rayonnements ionisants, il est indispensable de se référer à la dose en gray ou en millisievert. « C’est la dose qui fait le poison », mais c’est aussi elle qui permet de faire les images radiologiques et de traiter les patients atteints de cancers.

Chapitre 2

Faut-il avoir peur
de la radioactivité
naturelle ?

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Nous vivons depuis toujours avec la radioactivité naturelle, partie intégrante de la vie, et ce depuis la naissance du système solaire et de la Terre il y a environ 4,5 milliards d’années (soit près de 10 milliards d’années après le Big Bang*). La radioactivité naturelle de la Terre et l’irradiation provenant du Cosmos* ont ainsi baigné les développements progressifs de la vie et de l’espèce humaine depuis Toumaï (7 millions d’années), en passant par Lucy (3 millions d’années), puis Cro-Magnon (35 000 ans), pour aboutir à l’Homme que nous connaissons aujourd’hui. Sur les 340 atomes* que l’on rencontre dans la nature terrestre, 70 sont instables : ce sont des radionucléides, éléments radioactifs qui émettent des rayonnements ionisants en se désintégrant. Ils sont aujourd’hui moins abondants que lors de la formation de la Terre et de l’apparition de la vie.

Aujourd’hui, la dose moyenne reçue par chaque Français provenant de l’irradiation naturelle est de 2,5 mSv/an. Cette dose a plusieurs origines : la Terre sur laquelle nous vivons, le Cosmos, l’air que nous respirons, l’eau et les aliments que nous ingérons. Cette dose varie d’un facteur 1 à 5 en France selon les régions, et d’un facteur 1 à 100 dans le monde.

À cette dose naturelle s’ajoute l’irradiation produite par les activités humaines, au premier rang desquelles l’activité médicale qui délivre en moyenne à chaque Français 1,3 mSv/an.

On peut remarquer que la recommandation actuelle émise par la CIPR et reprise en France de limiter la dose maximale admissible, en plus de l’irradiation naturelle et de l’irradiation médicale, à 1 mSv/an pour le public, correspond à une dose inférieure à l’irradiation naturelle et à sa va...

Table des matières

• Couverture
• Titre
• Copyright
• Sommaire
• Avertissement
• Avant-propos
• Introduction
• Chapitre 1 - La dangerosité des rayonnements ionisants : une question de dose
• Chapitre 2 - Faut-il avoir peur de la radioactivité naturelle ?
• Chapitre 3 - Les doses (très faibles) dues à l’activité médicale
• Chapitre 4 - L’utilisation scientifique et industrielle de la radioactivité
• Chapitre 5 - L’activité humaine militaire : le concept de dissuasion
• Chapitre 6 - L’utilisation thérapeutique de fortes doses
• Chapitre 7 - Exposition humaine accidentelle, parfois à de très fortes doses
• Chapitre 8 - Conséquences des explosions atomiques d’Hiroshima et de Nagasaki
• Chapitre 9 - Faut-il avoir peur des très faibles doses ?
• Chapitre 10 - La radioprotection en France
• Conclusion
• Réponses à quelques questions pratiques
• Glossaire
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