La mesure du radon

FICHE TECHNIQUE extraite de l’ACROnique du nucléaire n°44, mars 1999


Bien que le radon soit invisible, inodore et sans goût, il est facile à détecter avec du matériel approprié. Le système E-PERM de Rad Elec, aux Etats-Unis, a été choisi par l’ACRO pour sa simplicité de mise en oeuvre, son faible coût et ses performances. La méthode de mesure est conforme à la norme AFNOR NF M 60-766.


 

photo Rad Elec

photo Rad Elec

Ce système est constitué de trois parties : un disque en Teflon chargé électriquement, appelé électret ; une bouteille en plastique comme chambre d’ionisation dans laquelle l’électret peut être vissé ; et un voltmètre pour mesurer la charge de l’électret. Quand la bouteille est fermée, l’électret est isolé et ne peut donc pas être déchargé par les ions créés par les radiations. Quand la bouteille est ouverte, le radon de la pièce peut entrer et l’électret attire les ions formés par sa désintégration. L’électret se décharge alors lentement. La diminution de la charge est proportionnelle à la concentration en radon et au temps de mesure. En mesurant la charge avant et après, la différence permet d’obtenir la concentration moyenne sur la durée de mesure. Il est important de noter qu’un filtre ne laisse passer que le radon, pas ses descendants. Mais le rayonnement gamma ambiant peut aussi entraîner des ionisations dans la bouteille. Il faut donc retrancher sa contribution en le mesurant directement sur place ou en utilisant une valeur moyenne.

Le système E-PERM permet d’obtenir une concentration moyenne en radon sur une courte durée, de 2 à 30 jours, ou sur une plus longue période pouvant aller de quelques mois à un an. On appelle un tel procédé un système intégrateur passif. A côté de la “chambre d’ionisation à électret”, il existe d’autres systèmes intégrateurs utilisant des charbons actifs, des films ou des liquides scintillants.

Il est aussi possible de faire des mesures instantanées de radon et de ses descendants dans l’air. A l’aide d’un système d’acquisition en continu, il est possible d’avoir des données régulièrement espacées dans le temps sur une période plus ou moins longue. Ces systèmes sont onéreux et comme la concentration fluctue beaucoup, en fonction de nombreux facteurs, ils sont plutôt utilisés pour faire de la surveillance dans l’industrie, en cas de problème ou pour rechercher une source de radon.

Le système E-PERM a l’avantage de rester stable, quelles que soient les conditions de température, d’humidité… Il a subi avec succès les tests de l’Agence pour la Protection de l’Environnement (EPA) et est également utilisé par les autorités compétentes en radioprotection européenne. Il peut être envoyé par la poste pour des mesures chez des particuliers, avec une simple notice d’utilisation.

Si vous voulez tester votre maison, il est préférable de se mettre dans des conditions pénalisantes. Les fenêtres et les portes doivent donc rester fermées autant que possible durant toute la durée de la mesure, et même 12 heures avant. Les pièces du rez-de-chaussée ou du sous-sol ont plus de risque d’être affectées. La bouteille devra être placée dans la pièce suspectée où vous passez le plus de temps, à une hauteur qui dépend des habitudes de vie (table de nuit dans une chambre à coucher, hauteur de la table dans un séjour…). Il est préférable de la laisser deux semaines sans la déplacer. La mesure finie, la bouteille doit être refermée et renvoyée à l’ACRO.

Si la concentration obtenue est supérieure ou égale à 200 Bq/m3, il est préférable de faire d’autres mesures pour confirmer ou de tester d’autres pièces. Dans ce cas, il est aussi recommandé de prendre des dispositions pour diminuer cette concentration. Si la concentration est inférieure à 200 Bq/m3, mais proche, il peut être raisonnable de refaire une mesure à une autre époque (en hiver par exemple).


Agrément radon pour la mesure dans les établissement recevant du public :

Dans le cadre des textes réglementaires récents concernant la gestion du risque radon dans les lieux accueillant du public, l’ACRO dispose d’un agrément relatif aux mesures de radon effectuées en vue d’un dépistage ou d’un contrôle pour vérifier les niveaux d’activité en radon définis en application de l’article R.1333-15 du code de la santé publique (niveau N1).

Cet agrément délivré par la « Commission Nationale d’agrément des organismes habilités à procéder aux mesures d’activité volumique du radon dans les lieux ouverts au public » est publié au Journal Officiel n° 200 du 28 août 2004 page 15448 et prend effet au 15 septembre 2004 pour une durée de 12 mois.

Textes de référence :
Articles R.1333-15 et R.1333.16 du code de la santé publique.
Arrêté du 15 juillet 2003 relatif aux conditions d’agrément d’organismes habilités à procéder aux mesures d’activité volumique de radon dans les lieux ouverts au public.
Arrêté du 23 octobre 2003 portant nomination à la Commission nationale d’agrément des organismes habilités a procéder aux mesures d’activité volumique du radon dans les lieux ouverts au public.
Circulaire DGS/SD 7 D n°2001-303 du 20 juillet 2001 relative à la gestion du risque lié au radon dans les établissements recevant du public (ERP).


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Énergie, chaleur et électricité

(extrait de l’ACROnique du nucléaire n°43, décembre 1998)

Qu’est ce que l’énergie ? C’est une notion couramment employée qui est pourtant difficile à définir. C’est une grandeur physique qui est associée au mouvement. Une voiture qui avance, une rivière qui coule possèdent une énergie liée au déplacement. L’énergie peut aussi se déplacer en « surfant » sur la matière. C’est le cas des vagues à la surface de la mer qui transportent de l’énergie sans que l’eau ne se déplace beaucoup. D’une manière générale, c’est aussi le cas de toutes les ondes et du courant électrique alternatif. On voit bien que ce type d’énergie est impossible à stocker. Peut-on entreposer un mouvement ?Si de l’eau est coincée dans un barrage et que l’on ouvre les vannes, elle va s’écouler sous l’effet de la gravitation et acquérir de l’énergie liée à son mouvement. Tant que l’eau reste dans le barrage, elle a le potentiel de s’écouler un jour. On a donc stocké une possibilité d’obtenir de l’énergie, c’est donc de l’énergie, dite potentielle. En pompant depuis le bas dâune vallée de lâeau dans un barrage en amont, on transforme l’énergie électrique de la pompe en énergie potentielle. Ce système est utilisé en Espagne en cas de surproduction. Une réaction chimique comme celle qui a lieu dans les batteries permet aussi de fournir ou de stocker de l’électricité.

C’est la même chose avec du gaz. La combustion va dégager de l’énergie sous forme de chaleur. La chaleur est associée aux mouvements désordonnés d’un grand nombre d’éléments, comme les molécules qui forment un gaz. Plus l’air est chaud, plus les molécules qui composent l’air s’agitent dans tous les sens. L’énergie dégagée par la fission nucléaire l’est aussi sous forme de chaleur. Les molécules d’eau dans une rivière ont un mouvement moyen qui correspond à l’écoulement auquel s’ajoute un petit mouvement désordonné qui dépend de la température de l’eau. C’est le mouvement moyen qui a un force motrice et qui est donc intéressant.

Or il est beaucoup plus facile de passer dâun état ordonné à un état moins ordonné que lâinverse. C’est la fameuse loi de l’entropie. Par exemple, si vous ouvrez une bouteille de parfum, elle va rapidement sentir, car des molécules du parfum sont sorties de la bouteille pour atteindre vos narines. Les molécules de parfum sont passée spontanément d’un état ordonné (elles sont toutes dans la bouteille) à un état moins ordonné où une partie d’entre elles se sont dispersées dans la pièce. Si vous ouvrez la fenêtre, vous allez obtenir un état encore plus désordonné. L’opération inverse qui consisterait à remettre toutes les molécules dans la bouteille est extrêmement complexe et nécessiterait beaucoup d’énergie.

C’est similaire avec l’énergie. Il est très facile de passer d’un courant électrique à de la chaleur, c’est à dire d’un mouvement ordonné à un mouvement désordonné. L’inverse n’est pas vrai : si on faire de l’électricité à partir de chaleur, c’est beaucoup plus difficile et cela consomme de l’énergie… Cela signifie que l’énergie électrique produite par rapport à l’énergie calorique dépensée est faible. Généralement moins de la moitié. Il est donc aberrant de retransformer cette électricité en chaleur.

On voit apparaître là le problème du chauffage électrique. Chez vous, toute l’énergie électrique consommée est transformée en chaleur, mais cette électricité a été produite à partir de chaleur… dont plus de la moitié est perdue. Il est donc plus raisonnable de chauffer avec de la combustion directement, sans passer par l’étape électricité.


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Parcours d’un échantillon à l’ACRO

Du prélèvement à l’analyse

FICHE TECHNIQUE extraite de l’ACROnique du nucléaire n°42, septembre 1998


Pour préparer « la science en fête », dans le cadre du centenaire de la découverte de la radioactivité, des lycéennes et une enseignante du lycée Charles De Gaulle sont venues à l’ACRO pour suivre le parcours d’un échantillon du prélèvement à l’analyse.


Pour contrôler la radioactivité d’un site, on contacte l’ACRO qui intervient, soit sur le terrain en envoyant son équipe qui ramène ensuite les échantillons prélevés, soit en lui envoyant directement les échantillons suspectés. En effet, nombreux sont les membres d’associations de protection de l’environnement, de consommateurs, ou les particuliers qui effectuent eux-mêmes les prélèvements et font ensuite parvenir les échantillons à l’association, parfois même par voie postale. L’ACRO compte aussi parmi ses clients des industriels, comme une société agroalimentaire produisant de la bière biologique ou des gérants de décharges industrielles qui, pour se conformer à la loi, ne doivent pas stocker de déchets radioactifs. Ou encore, des collectivités locales qui demandent des études plus complètes.

Dans tous les cas, la mesure de la radioactivité nécessite un traitement complet des échantillons… Ainsi l’été dernier, l’ACRO a reçu dans son laboratoire des crabes ou des morceaux de tartre ramassés à proximité de l’extrémité de la canalisation de rejet de la Cogema, par les équipes de Greenpeace. Certains font ensuite une belle «carrière médiatique».

Sur le littoral, ce sont en effet des crustacés, des algues, des mousses ou des lichens qui sont prélevés ; tandis que dans les cours d’eau, on privilégiera l’eau et les sédiments. Mais une fois le sédiment, le végétal, le crustacé extrait de son milieu naturel, quel est son devenir ? Prenons le cas des mousses prélevées en 1994 dans la Sainte Hélène qui prend sa source dans l’enceinte de l’usine de retraitement de La Hague.

En premier lieu, on prépare les échantillons pour la mesure de leur taux de radioactivité. Tout d’abord, ceux-ci sont lavés et nettoyés et n’est conservée que la partie caractéristique du végétal. Ensuite, ces mousses sont déshydratées dans l’étuve puis réduites en poudre de façon à garantir une bonne homogénéité de l’échantillon. La dernière étape de cette phase de préparation consiste à les conditionner en pots. On choisit alors une géométrie adaptée à la nature de l’échantillon, à son état solide ou liquide et à sa masse. Lorsque cette quantité est trop importante et la préparation trop longue, on conserve souvent les bio-indicateurs au congélateur de façon à les préserver dans l’état où ils ont été ramassés.

En second lieu, on mesure la radioactivité présente dans l’échantillon. C’est en fait la machine qui se charge du comptage. Cette mesure s’effectue dans un laboratoire distinct du premier où est installé un spectromètre gamma relié à un poste informatique. Cet appareil va mesurer l’énergie des photons émis et comptabiliser leur nombre pendant une durée déterminée. Il va ainsi permettre d’identifier les radioéléments présents et de déterminer leur activité. Des mesures de la radioactivité bêta pour la recherche du tritium peuvent être également effectuées au laboratoire mais cela nécessite une préparation chimique plus complexe. Si la contamination est importante, les mesures peuvent prendre quelques heures mais elles peuvent aussi durer jusqu’à 10 ou 22 heures, si elle est faible.

Enfin, des scientifiques effectuent le traitement des données. Ils entreprennent l’analyse qualitative des spectres en séparant la position des pics. En effet, l’ordinateur leur fournit des histogrammes du nombre de photons détectés en fonction de leur énergie. Chaque radioélément a une position caractéristique sur l’axe des abscisses qui permet de l’identifier. En calculant la surface des pics, ils déterminent leur activité en Becquerel qu’ils ramènent à la masse ou au volume de l’échantillon. (un Becquerel correspond à une désintégration par seconde).

Parfois, ils joignent aux mesures un commentaire des résultats obtenus et les publient dans le journal de l’ACRO.


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La spectrométrie gamma

Fiche technique extraite de l’ACROnique du nucléaire n°32, mars 1996


Depuis la parution du premier ACROnique, l’ACRO réserve la ou les dernières pages de son trimestriel à la diffusion de tous ses résultats. Ces chiffres sont les résultats d’analyses réalisées dans son laboratoire à l’aide d’une chaîne de spectrométrie gamma.
L’intérêt de ce matériel est de pouvoir identifier et quantifier les corps radioactifs (émetteurs gamma) et en particulier de pouvoir distinguer la radioactivité artificielle de la naturelle, ce qui n’est pas possible avec un simple compteur (type geiger).


Le rayonnement gamma

Le rayonnement issu d’un radio-élément peut-être de différentes natures : on parle d’émission alpha, bêta, X ou gamma (Voir notre article sur Notions de base de radioactivité). Le rayonnement gamma, qui suit généralement une émission alpha ou bêta, est issu du noyau de l’atome et correspond à une désexcitation de ce dernier. En effet, après une désintégration alpha ou bêta, le nouveau noyau n’est pas toujours dans un état d’équilibre énergétique : il possède encore “un trop plein d’énergie”, on dit qu’il est excité. Pour se débarrasser de cet excédent, il va émettre un ou plusieurs rayonnements gamma d’énergie déterminée et caractéristique du noyau et donc de l’atome en présence. c’est en quelque sorte la signature du radioélément.

Le rayonnement gamma est un rayonnement analogue à celui de la lumière, mais beaucoup plus énergétique. On appelle “photon” la particule associée à ce rayonnement.

La spectrométrie gamma

D’où l’idée que si l’on dispose d’un appareil qui permet d’une part de mesurer exactement l’énergie des photons gamma émis et d’autres part d’en comptabiliser le nombre pendant une certaine durée, on peut alors identifier les radioéléments présents et déterminer leur activité. Cet appareil d’analyse n’est autre qu’un spectromètre gamma.

Qu’est ce que le détecteur ?

Mais voilà, on dit que les rayonnements sont imperceptibles, qu’on ne peut pas les toucher, les voir, les sentir ; ce qui est vrai pour l’homme, l’est aussi pour l’électronique associée à la chaîne de mesure qui gère les informations. Pour assurer la détection, il faut avoir recours à un organe intermédiaire qui va transformer les rayonnements en une grandeur (en l’occurence une tension électrique) directement exploitable par l’électronique associée à la chaîne de mesure.

Que se passe-t-il quand un photon gamma pénètre dans le détecteur ?

– Soit il se ballade sans laisser la moindre trace de son passage et il nâest pas détecté. (N’oublions pas qu’à l’échelle d’un photon la matière peut-être assimilée à une “passoire”.)
– Soit il y a interaction du photon avec les atomes constituant le cristal de germanium et la détection devient possible, elle repose alors sur les effets engendrés par le rayonnement gamma sur la matière et est optimale pour un effet donné (appelé effet photoélectrique).

Les spectres ?

L’analyse d’un échantillon par spectrométrie gamma donne naissance à un spectre : histogramme du nombre de photons détectés en fonction de leur énergie. Le spectre est caractérisé par un fond continu (bruit de fond) décroissant avec l’énergie et par la présence de plusieurs pics (voir ci-dessous). Chaque pic correspond à un rayonnement gamma issu de la désexcitation des noyaux instables ou atome radioactif présent dans l’échantillon.

Et les pics ?

1°) Par la position des pics (ou énergie des photons), on entreprend l’analyse qualitative du spectre : on détermine les radioéléments présents dans l’échantillon analysé.

2°) Par la surface des pics (ou nombre d’impulsions), on entreprend l’analyse quantitative du spectre : on détermine pour chaque radioélément (présent dans l’échantillon) son activité en becquerels ramenée à la masse ou au volume de l’échantillon (Bq/kg sec ou Bq/L).

Et la durée de comptage ?

La désintégration d’un noyau par l’émission d’un photon gamma est un phénomène spontané. S’il est possible de prévoir le comportement d’un grand nombre de radioéléments dans le temps, estimation de l’activité, en revanche il est impossible de dire exactement à quel moment un noyau va se désintégrer. Cette particularité, impose de faire des mesures sur un temps suffisamment grand pour gommer les irrégularités et obtenir un résultat d’activité le plus exact possible.

A titre d’exemple, les analyses d’échantillon de l’environnement réalisées au laboratoire de l’A.C.R.O., nécessite des temps de comptage allant de 15 heures à 3 jours.

spectre


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Les rayonnements et la santé

Extrait de l’ACROnique du nucléaire n°27, décembre 1994

INTRODUCTION


Pour beaucoup de gens, les problèmes économiques semblent être fondamentaux pour juger de l’acceptabilité de l’énergie nucléaire. En réalité, ces problèmes devraient être secondaires. Il faut (il aurait fallu) partir de cette question : Quels sont les dangers de l’énergie nucléaire?
C’est le problème de l’acceptabilité qui est posé.

– Si le danger est nul ou très faible, on peut adopter l’énergie nucléaire, et les aspects économiques concernant la rentabilité ou la compétitivité vis à vis des autres sources d’énergie sont essentiels. Le problème de l’acceptabilité ne se pose pas.

– Par contre, si le danger est considérable, c’est à dire s’il affecte des populations entières, des millions de personnes pendant une période très longue (par exemple les déchets, les radioéléments relâchés en Biélorussie qui, pendant quelques siècles vont polluer les terres agricoles et endommager le patrimoine génétique), alors, les problèmes économiques n’ont guère de sens en ce qui concerne l’acceptabilité.

Il faut d’abord envisager les coûts sanitaires avant les coûts économiques. Le coût économique du réacteur détruit à Tchernobyl était acceptable pour l’URSS mais évacuer toutes les personnes qui vivaient en zone contaminée s’est révélé impossible financièrement. De même la perte des terres agricoles qui représentent 20% du territoire de Biélorussie ne peut être assumée économiquement par cette République. Qui va supporter les coûts? les populations. Il est évident que le coût économique tel qu’on le présente généralement masque le vrai problème du nucléaire. Les dangers proviennent essentiellement des effets biologiques du rayonnement: effets cancérigènes et effets génétiques.

Après quelques notions de base sur l’irradiation, la contamination, la concentration organique des radioéléments et leur action biologique, nous vous présenterons 2 exemples de conséquences des radiations sur la santé: les leucémies à Sellafield et la pathologie thyroïdienne radio-induite.


Tout d’abord, que sont les rayonnements ionisants ?

Ils comprennent les rayonnements alpha, bêta et gamma de la radioactivité, les neutrons éjectés lors de
réactions atomiques, les faisceaux d’électrons réalisés dans un accélérateur de particules et, dans un autre domaine, la frange la plus énergétique des rayons x appelés les rayons x “durs”, produit dans un tube cathodique et utilisés en radiologie médicale. Il s’agit donc d’une famille de rayonnements définis ni par leur provenance, ni par leur nature, mais par leurs effets sur la matière.

Le terme de rayonnement ionisant signifie précisément rayonnement capable d’ioniser, ce qui signifie qu’il contient suffisamment d’énergie pour déplacer des électrons dans la matière où il se déplace. Ainsi, par perte ou par gain d’électrons, il transforme des atomes (neutres), en ions (chargés électriquement).
Un ion ainsi créé aura des caractéristiques légèrement différentes de celles de l’atome de départ, et cette modification peut être suffisante pour changer son comportement chimique vis à vis des autres atomes.

I L’IRRADIATION

Définition

L’irradiation est le fait de recevoir des rayons d’une source qui les émet autour d’elle. Ce qui caractérise une source radioactive est qu’il est impossible de l’arrêter. Il n’y a donc que deux manières
de se protéger de ce type de source:

  • La première consiste à placer un écran entre soi et la source pour absorber les rayonnements. C’est très efficace en ce qui concerne les rayonnements alpha et bêta qui peuvent facilement
    être arrêtés complètement. Les rayonnements gamma, en revanche, ne sont jamais arrêtés en totalité. Il
    faut placer un écran de plomb épais ou de béton de largeur considérable pour en arrêter la plus grande partie.
    Mais il en reste toujours un peu au-delà de l’écran. C’est pourquoi, en irradiation externe, les rayons gamma sont les plus dangereux.(Pour mémoire relire Notions de Base )
  • La deuxième manière de se protéger est d’augmenter la distance entre soi et la source. Comme la source irradie dans toutes les directions, l’intensité du rayonnement décroît selon l’inverse du carré de la distance.

Effets des irradiations

L’irradiation touche en général le corps entier. C’est le phénomène le mieux étudié. Ses conséquences sont bien connues en ce qui concerne les fortes doses. Elles peuvent être rapidement mortelles si elles se comptent en dizaine de sievert. Pour les faibles doses, la fréquence des cancers et des malformations en fonction de la dose reçue est encore discutée.  Mais, ce qui est sûr, c’est que même si l’irradiation est totalement terminée, elle peut laisser des traces dans l’ADN (acide désoxyribonucléique) des cellules qui pourront se manifester sous forme de cancer jusqu’à plusieurs dizaine d’années après cette irradiation, ou de malformation d’origine génétique dans les générations suivantes.

Au cours d’une irradiation, on peut mesurer la dose reçue si l’on dispose d’un dosimètre. Mais, une fois l’irradiation terminée, il n’est pas toujours possible de mettre en évidence une irradiation passée. Ainsi, lors d’accidents d’irradiation, les informations déduites des analyses biologiques sont imprécises et les systèmes de modélisation ne sont pas toujours réalisables en pratique.

Par ailleurs, dans de nombreuses autres situations (source inconnue, irradiation chronique, irradiation ancienne non mesurée, etc.), il est évident qu’aucun moyen n’est possible pour quantifier les doses reçues. C’est pourquoi, du fait des temps de latence fort longs, il est souvent impossible de mettre en relation l’apparition d’un cancer ou d’une malformation chez un individu avec une irradiation passée.
Cela n’a été possible qu’à l’échelle collective, de façon statistique, par exemple à l’occasion de “l’expérience grandeur nature” qu’ont représenté les explosions d’HIROSHIMA et NAGASAKI.

Certains tissus de l’organisme sont particulièrement sensibles à l’irradiation; ce sont ceux qui se renouvellent le plus vite, donc, où les divisions cellulaires sont les plus nombreuses. Il s’agit des cellules qui, dans la moelle osseuse, donneront naissance aux cellules sanguines, ou de la muqueuse de l’intestin, par exemple. Il s’agit aussi des cellules sexuelles. Chez l’homme, les cellules souches des spermatozoïdes (qui se forment en près de 2 mois et demi) sont extrêmement radio sensibles. Chez la femme, il n’y a pas de production de nouvelles cellules sexuelles. Celles qui pourront donner des enfants à naître sont toutes présentes dans l’ovaire, à l’état d’ovocytes, depuis le cinquième mois de la vie embryonnaire de la femme. S’il n’y a pas de division cellulaire des cellules sexuelles chez la femme, il faut cependant les considérer comme hautement fragiles, car tous les toxiques susceptibles d’atteindre l’ADN s’additionneront sur la même cellule depuis avant la naissance de la femme jusqu’à l’âge d’une éventuelle grossesse. Les testicules, et tout particulièrement les ovaires, doivent donc être considérés comme des organes à protéger, en priorité, de toute irradiation par des rayonnements ionisants. Cela implique par exemple l’utilisation de caches en plomb placés entre la source et ces organes lors d’irradiations, en radiologie médicale, chaque fois qu’il n’est pas strictement indispensable de voir sur la radio la région de ces organes.

De même, il est nécessaire de veiller à la protection du personnel des hôpitaux contre l’irradiation, d’autant plus qu’il s’agit souvent de femmes jeunes. Il existe des vitres plombées dans les services de radiologie et des tabliers de plomb pour les cas où l’on est obligé de s’approcher de la source. Bien évidemment, le problème se pose également pour les travailleurs du nucléaire.

II LA CONTAMINATION

Définition

La contamination consiste à entrer en contact avec des particules radioactives. On devient alors porteur de la source qui émet ses rayonnements à partir de l’endroit du corps où elle se trouve. Elle peut se situer à la surface du corps, sur la peau; on parle alors de contamination externe. Elle peut se situer à l’intérieur du corps. La particule radioactive pénètre – soit par l’air, dans les poumons – soit par le tube digestif – soit par une plaie. Elle peut ensuite être transportée par le sang jusqu’à tous les organes. Lorsque la source se trouve à l’intérieur du corps on parle de contamination interne. La source continue évidemment à émettre ses rayonnements qui sont reçus en permanence par les tissus environnants. C’est pourquoi certains parlent d’irradiation interne. C’est exact, mais nous pensons que ce terme entretient la confusion entre irradiation et contamination.

La contamination reste en effet très différente de l’irradiation et ceci pour plusieurs raisons:

Tout d’abord les moyens de s’en protéger n’existent pas. On ne peut glisser un écran de plomb à l’intérieur de l’organisme!

Les rayonnements alpha provoquent de nombreuses ionisations dans les tissus voisins et sont alors les plus dangereux. Les rayonnements bêta ont un parcours un peu plus long mais ils transmettent également leur énergie sous forme d’ionisation dans les tissus du corps. Les rayonnements gamma produisent aussi des ionisations, mais ils ne sont pas totalement arrêtés et irradient à l’extérieur du corps. La personne fortement contaminée devient une source d’irradiation pour les autres.

Nous avions vu que la deuxième façon de limiter l’irradiation était de s’éloigner. Si l’on est contaminé; c’est impossible on est porteur de la source. Si la contamination est faible, l’irradiation qu’elle provoque pour les autres est extrêmement faible.
De même la dose reçue par l’ensemble du corps de  la personne contaminée peut être vraiment très faible. Mais, en fait, les effets biologiques sont à étudier à l’échelle des tissus voisins de la source, immédiatement en contact avec elle.

Par ailleurs, à dose globale équivalente, un rayonnement reçu au quotidien semble plus dangereux qu’un flash d’irradiation en ce qui concerne  l’accumulation des lésions cellulaires.
Ces réalités ne sont pas toujours prises en compte dans les discours officiels.

La deuxième grande différence avec l’irradiation externe est que le phénomène reste actif dans le temps. La source continue d’émettre et de provoquer des ionisations autour d’elle.
Une source très faible peut ainsi provoquer des effets importants au bout d’un certain temps. Bien sûr, s’ajoutera ensuite un temps de latence avant l’apparition d’un cancer, par exemple. Pour se protéger, on parle beaucoup de décontamination. Nous allons voir que les résultats que l’on peut en attendre sont souvent très limités. Enfin la notion d’organe cible en contamination mérite que l’on s’y arrête.

La décontamination

La décontamination est un mot qui fait rêver: c’est tout simplement supprimer la contamination. Il s’agit en fait, le plus souvent, de méthodes artisanales et limitées qui ne sont efficaces que dans un nombre restreint de cas et devant des accidents de faible ampleur. Puisque l’on ne peut pas arrêter une source radioactive, l’objectif de la décontamination est de retirer la source de la zone contaminée. Si la contamination est externe c’est possible par lavage, par exemple ou en collant les poussières
à l’aide d’un papier adhésif. Mais il faut savoir que l’eau de lavage ou les autres produits utilisés deviennent alors des déchets radioactifs à gérer comme tels. Si une petite région du corps est contaminée les résultats de ces techniques sont très intéressants, mais, s’il y a une contamination de l’environnement on est très vite dépassé par l’ampleur. Autour de TCHERNOBYL, il s’agissait de décontaminer non seulement les humains mais aussi les maisons, les champs, les arbres… On a lavé des maisons à la lance, mais toute l’eau de lavage aurait du être gérée comme déchet radioactif: c’était impossible.
Dans la campagne, on a déversé par hélicoptère des aérosols collants pour fixer les particules radioactives au sol dans la zone interdite et empêcher que le vent ne les emporte.
Il ne s’agissait pas de supprimer la contamination comme a pu le laisser croire l’information diffusée par les médias, mais d’en limiter la propagation.
Si la contamination humaine est interne on essaie de déplacer les particules radioactives par différents mécanisme chimiques. L’efficacité dépend de la précocité du traitement, mais les résultats sont en règle générale très limités. On n’a pas les moyens d’aller chercher des particules fixées dans les tissus biologiques.

III FIXATION ET CONCENTRATION ORGANIQUE

La circulation d’une particule radioactive dans l’organisme n’est pas laissée au hasard.
Selon la nature chimique de la source, elle est intégrée aux réactions chimiques à l’intérieur des cellules (au métabolisme). Ainsi, l’organisme utilisera l’iode radioactif au même titre que l’iode non radioactif. Comme l’iode est fixé par la glande thyroïde pour entrer dans la composition de l’hormone thyroïdienne, l’iode radioactif se trouvera également fixé par la thyroïde. La thyroïde joue un rôle actif de concentration de l’iode, y compris de l’iode radioactif.
Le phénomène peut se produire de même pour des particules non habituellement présentes dans le corps, mais dont la structure atomique fait qu’elles peuvent être confondues par l’organisme avec des substances présentes habituellement. C’est le cas du césium qui est confondu avec le potassium (et même capté préférentiellement par rapport au potassium) et diffusé à l’intérieur de toutes les cellules, mais est largement concentré dans les muscles. C’est encore le cas du strontium qui est confondu avec le calcium et fixé dans les os.

On est donc amené à définir pour chaque corps une période biologique, indépendante de la période radioactive, qui représente le temps au bout duquel la moitié de la substance qui a pénétré dans l’organisme est rejetée à l’extérieur dans les urines, les selles, la sueur. Cette période biologique peut être courte ou longue, proche ou éloignée de la période radioactive. Vous en trouverez quelques exemples dans le tableau ci dessous.

Période radioactive Période biologique
iode 131 8 jours jusqu’à 120 jours pour l’iode captée par la thyroïde
césium 137 30 ans de 50 à 150 jours
strontium 90 28 ans 8 à 30 ans (selon les auteurs)
plutonium 239 24000 ans 40 ans dans le foie;100 ans dans les os (CIPR, davantage pour certains auteurs)
ruthénium 106 1 an de 20 à 170 jours (modèles animaux)

Les organes fixant la contamination ne correspondent pas nécessairement aux tissus les plus radiosensibles (c’est-à-dire fragiles à l’irradiation) cités plus haut. Toutefois, le cas du strontium 90 est une conjonction frappante: la période radioactive est moyenne et correspond à peu près à la période biologique qui, elle, est longue puisque le strontium est fixé dans un tissu à renouvellement lent, l’os. L’os est en revanche au contact direct de la moelle osseuse, qui, elle, est à reproduction rapide et fabrique les globules du sang particulièrement radiosensibles. Certains se demandent s’il n’y a pas là un facteur des cancers du sang (leucémies) qui prennent une place de plus en plus importante. Il est tout à fait curieux de constater que personne ne s’empresse de faire des recherches sur ce sujet…

Ce phénomène de concentration biologique est retrouvé dans un certain nombre de situations et peut prendre des proportions très importantes: les chaînes alimentaires. Le phénomène de fixation-concentration biologique d’un radio nucléide peut se produire à répétition dans différents organismes pour aboutir finalement dans l’assiette de l’homme. C’est ce que l’on appelle les chaînes alimentaires. Par exemple: terre- plantes- vaches- lait- homme; ou mer- plancton- poisson- poisson carnassier- homme.

Si le phénomène de concentration se répète à chaque étape, les doses présentes en bout de chaîne alimentaire, dans l’assiette de l’homme, n’ont rien à voir avec la dilution de départ de la pollution.
On connaît, par exemple, le phénomène de concentration de l’iode dans le lait. On sait par ailleurs que la Corse a été assez fortement touchée par les retombées de Tchernobyl. En ce qui concerne l’iode 131 radioactif, on aurait pu protéger la population sans inconvénient économique important puisque, du fait de sa courte période (8 jours), il aurait suffit de transformer toute la production du moment en lait UHT à consommer plus tard pour se protéger de l’iode 131 concentré dans le lait. On n’a rien fait pour ne pas affoler la population. On sait aujourd’hui que des enfants corses ont des problèmes thyroïdiens mis en évidence par le Dr Lefauconnier qui, avec la CRII RAD, incrimine le nuage de Tchernobyl.

IV L’ACTION BIOLOGIQUE DES RADIATIONS IONISANTES

Le fait que les radiations sont dangereuses n’est pas discutable.
Les radiodermites dues aux rayons X, la cancérisation de ces lésions et d’autres tissus sensibles, les mutations génétiques ont été découvertes, si l’on peut dire, “à l’épreuve du feu”. En effet le premier Kg de Radium a fait, d’après certaines estimations, une centaine de morts parmi les chercheurs qui l’ont manipulé, dont Marie Curie elle-même; par ailleurs, une grande partie des connaissances sur les effets humains des radiations atomiques est due à l’étude de la mortalité après les explosions d’Hiroshima et de Nagasaki.
Elle a montré, hormis les effets immédiats de l’explosion, une augmentation des cancers et des malformations congénitales chez les survivants, qui se fait encore sentir aujourd’hui.

De même, en Angleterre en 1953, c’est après avoir vu la mortalité par leucémies des enfants de 3 ans augmenter subitement qu’on a pu incriminer la pratique, nouvelle à l’époque, des radios de bassin chez la femme enceinte et interdire celles-ci pour éviter celles-là.

Le débat actuel ne porte donc pas sur le principe de la toxicité des radiations, mais sur les relations dose – effet. Si beaucoup reste à découvrir, il faut reconnaître que, depuis le début du siècle, tous les progrès des connaissances vont dans le sens d’une toxicité plus grande que celle évaluée antérieurement.
Que se passe t’il dans les tissus lors d’une irradiation ?
Dans les tissus vivants, les réactions chimiques sont très nombreuses, constituant le métabolisme cellulaire. Les molécules les plus grosses seront logiquement des cibles privilégiées pour le rayonnement, puisqu’elles occupent davantage d’espace. Parmi elles, une molécule clef de la vie biologique est l’ADN (acide désoxyribonucléique) qui compose le noyau de chaque cellule et qui porte le code génétique définissant l’ensemble des caractéristiques innées de l’individu: c’est le centre de commande de la vie biologique.

Une petite erreur de code produite par l’ionisation d’un atome se traduira par une modification de la réaction déterminée par ce code, pouvant alors modifier des caractéristiques importantes de la cellule. Les effets biologiques de cette transformation seront différents selon que la cellule touchée est une cellule ordinaire de l’organisme:
cellule somatique, ou une cellule sexuelle: cellule reproductrice.
S’il s’agit d’une cellule somatique. Celle-ci peut devenir aberrante et incontrôlable et donner naissance à un tissu étranger, envahissant et dévastateur, qu’on appelle un cancer.
Les cellules les plus sensibles aux rayonnements sont celles qui se multiplient le plus vite, par exemple les cellules de la peau ou celles de la moelle osseuse qui fabriquent les cellules du sang. C’est pourquoi les cancers radio induits sont le plus souvent des cancers de la peau ou des cancers du sang, parmi lesquels les plus connus sont les leucémies.

Pour les effets cancérigènes, les données sont relativement sûres. Des désaccords subsistent dans la polémique scientifique mais ils ne dépassent guère un facteur 3 à 4 sur l’importance de l’effet. Jusqu’à présent les études n’ont porté que sur l’effet des irradiations externes. Pour l’effet des contaminations internes, les données expérimentales fiables sont quasi inexistantes. Tchernobyl nous montre que les effets cancérigènes les plus importantes proviendront de la contamination interne.
Si la cellule touchée est une cellule reproductrice, cellule du testicule ou cellule de l’ovaire, la modification de l’ADN peut être source d’anomalie génétique. Dans le cas où cette cellule est fécondée, l’anomalie génétique (ici aberration chromosomique) peut provoquer un avortement précoce, c’est-à-dire dans les premières semaines de la grossesse, et, du fait de sa précocité, l’avortement peut passer totalement inaperçu, se manifestant éventuellement par des règles un peu tardives et un peu plus abondantes qu’à l’ordinaire. C’est ce qui arrive le plus fréquemment en cas d’anomalie génétique importante, touchant les chromosomes. Mais quelquefois la grossesse peut se maintenir et aboutir à la naissance d’un enfant porteur de malformation congénitale.

Il se peut également que l’anomalie soit très localisée, touchant sélectivement un gène et constituant alors une mutation génétique. Les plus fréquentes de ces mutations sont dites récessives, ce qui signifie qu’elles sont présentes mais, cachées par le gène dominant normal, ne se manifestent pas. Elles constituent cependant une anomalie héréditaire transmise selon les lois de la génétique. Elles sont susceptibles d’apparaître et de provoquer une maladie après une ou plusieurs générations, au hasard des rencontres des stocks génétiques paternels et maternels. Il faut ajouter qu’il existe des possibilités,
encore mal connues, de reconnaissance des gènes anormaux et de réparation de ces gènes par la cellule elle-même.

En ce qui concerne l’effet du rayonnement sur le patrimoine génétique nous ne connaissons presque rien. Essentiellement des expériences faites sur des animaux de laboratoire. Les effets génétiques pourraient bien être la composante majeure des conséquences d’un accident nucléaire grave, mais ce “détriment” est un
détriment vicieux, pervers, parce qu’il peut être relativement faible dans les premières générations et augmenter au cours du temps parce que certains défauts du patrimoine génétique vont se propager dans les générations futures suivant des mécanismes mal connus.

Après avoir étudié l’effet du rayonnement sur les molécules, nous allons nous intéresser aux conséquences sur les populations. Nous n’examinerons ici que le problème des cancers radio-induits.

  1. Ces cancers sont absolument identiques aux cancers “naturels”. Il n’est donc pas possible de les identifier parmi l’ensemble des cancers, de déclarer radio induit  un cancer observé sur un individu donné même si celui-ci a été irradié (et inversement).
  2. Pour la même irradiation, l’induction de cancer dépendra fortement des individus, en particulier du système immunitaire.
  3. Pour un groupe assez important d’individus irradiés, on pourra observer un accroissement de la fréquence des cancers qui dépendra du niveau de l’irradiation.
  4. L’apparition clinique de ces cancers ne se fera qu’après un temps de latence très long, de 2 ans pour les leucémies à plusieurs décennies pour les autres cancers.

Ces propriétés interdisent toute approche individuelle pour l’étude expérimentale des effets cancérigènes du rayonnement, ainsi que pour la fixation du risque par les systèmes de radioprotection. Seule, une approche statistique a un sens, mais à condition de disposer de données de mortalité parmi une cohorte suffisamment importante numériquement, et pendant une très longue période. Dans une société nucléaire, les statistiques de mortalité deviennent des matériaux stratégiques qu’il est dangereux de laisser dans le domaine public !!

Lorsqu’une population a été irradiée, le bilan de la mortalité par cancers radio induits dans cette cohorte ne peut se faire que de deux façons:

  • soit collecter les données de mortalité pendant plus de 30 ans ou mieux, jusqu’à la disparition de la cohorte. Dans ce cas, le risque ne sera connu qu’après la mort de ceux qui l’auront subi;
  • soit évaluer les niveaux d’irradiation et fonder le bilan sur le facteur de risque établi par des études antérieures dont on peut garantir la qualité. Le risque est connu avant l’extinction de la population concernée mais l’estimation des doses reçues (ou qui seront reçues) est difficile et source de controverse quant aux modèles retenus pour l’effectuer, en particulier lorsqu’il s’agit d’une irradiation par contamination interne, par inhalation de poussières radioactives, ou par ingestion d’aliments obtenus sur des territoires contaminés.

Voici deux exemples d’études statistiques sur l’effet des rayonnements.

V LES LEUCEMIES DE SELLAFIELD

En 1983, en Grande-Bretagne, une controverse éclate au sujet de taux de cancers et de leucémies surélevés, chez les enfants, dans le voisinage de SELLAFIELD (une usine de retraitement des combustibles irradiés). Une commission d’enquête officielle confirme les faits sans pour autant fournir une explication précise. En février 1990, Martin GARDNER établit une relation fortement significative entre la sur-incidence de leucémies et l’irradiation (avant la conception) des pères employés à l’usine.
L’auteur suggère que l’irradiation des pères pourrait entraîner des mutations, au niveau de leur cellules reproductrices, responsables de l’apparition des leucémies chez les enfants. C’est la première fois qu’un tel résultat est observé chez l’Homme. Pourtant celui-ci est en parfaite cohérence avec les conclusions des expériences conduites par Taisei NOMURA sur prés de 25.000 souris.

Si les études épidémiologiques formulent l’hypothèse d’une relation de cause à effet sans la prouver, la biologie moléculaire doit pouvoir apporter des réponses aux questions soulevées.
Les mécanismes d’altération du patrimoine génétique par les rayonnements ionisants commencent à être bien connus.
Mais, aujourd’hui, la découverte de “gènes potentiels du cancers” (oncogènes) et de “gènes protecteurs” (anti-oncogènes)nous laisse entrevoir en pointillé le cheminement qui, à partir d’agents physiques (radiations) ou chimiques, pourra conduire à plus ou moins long terme à des dérèglements graves du fonctionnement cellulaire. Si les cellules atteintes sont les cellules reproductrices, c’est alors la descendance qui supportera le fardeau des mutations induites, chez les parents, par l’exposition professionnelle ou par des facteurs de l’environnement.

Pour l’ensemble du dossier voir l’ACROnique du nucléaire n°13.

VI PATHOLOGIE THIROIDIENNE MORPHOLOGIQUE RADIO INDUITE PAR DE FAIBLES DOSES
D’IRRADIATION CERVICALE: APPORT D’UNE ENQUÊTE EPIDEMIOLOGIQUE DE
COHORTE.

L’étude a porté sur une population de 396 patients irradiés pour un angiome cutané (tumeur bénigne d’origine vasculaire) dans l’enfance (recul moyen 22 ans) par de faibles doses de radiations ionisantes (< 1 Gy), à proximité de la thyroïde.
Plusieurs études épidémiologiques ont établique:

  • Le risque de nodule ou de cancer thyroïdien est, pour une même dose, plus important lorsque l’irradiation survient dans l’enfance ou chez une femme; ce risque peut se manifester très longtemps après.
  • Pour des irradiations à fort débit, entre 100µ Gy et au moins 10 Gy, la relation entre le risque et la dose délivréeà la thyroïde est linéaire.
  • Aucune augmentation significative du risque de tumeurs thyroïdiennes
    n’a été observée après administration d’activité diagnostique ou thérapeutique d’iode 131.

En revanche le devenir des sujets irradiés des îles Marshall après l’explosion de Bikini, suggère que les isotopes de l’iode à demi vie brève ont un effet tumorigène plus important que l’iode 131, ce qui est attribué à un débit de dose plus élevé.

Le recrutement.

A l’institut Gustave Roussy plus de 5000 enfants porteurs d’un angiome cutané ont été traités entre 1941 et 1973 par différentes techniques de radiothérapie ayant des débits de dose très variables. Parmi les 1137 patients irradiés qui ont répondu, 396 enfants (305 filles et 91 garçons) ont eu leur thyroïde exposée en raison soit de la proximité de l’angiome (moins de 5 cm pour une irradiation bêta pure), soit
du type d’irradiation (gamma ou x); 95 % d’entre eux ont été irradiés au cours de leur première année.

La dosimètrie.

Disposant pour chaque patient d’un dossier technique de l’irradiation, il a été possible de calculer la dose délivrée à la thyroïde. Il est a noter que ces doses sont faibles puisque 98 % d’entre elles sont inférieures à 1 Gy.
Les traitements ont été regroupés en 2 catégories :

  • courte durée et fort débit, de  quelques secondes à quelques minutes;
  • longue durée et débit plus faible, de 30 mn à quelques heures.

Les résultats

Les 396 patients de cette cohorte ont été surveillés en moyenne 22 ans. Au terme d’un bilan clinique et scintigraphique, 38 patients étaient porteurs d’une anomalie morphologique thyroïdienne.

ANOMALIE MORPHOLOGIQUE OBSERVEE DANS UNE COHORTE DE 396 PATIENTS
IRRADIES DANS L’ENFANCE POUR UN ANGIOME CUTANE
Longue durée
Faible débitN=178
Courte durée
Fort débitN=103
Association des deux types
N=115
SexeGarçon/Fille
45/133
24/79
22/93
Année de traitementMédianeExtrèmes
1962
1943-1972
1968
1955-1973
1964
1946-1973
Dose thyroïdeMoyenneExtrème
0,094
<0,00001-2,01
0,075
<0,00001-2,74
0,084
<0,00001-0,87
Débit de dose thyroïdemoyenne (Gy/s)
5 10-6
138 10-6
5 10-6
Goitre observé
8
8
8
Nodule observé
1
4
9

Chez 24 d’entre eux, il s’agissait d’un goitre simple, soit un taux d’incidence de 30 pour 1000 personnes par an et par gray. Aucune influence du sexe n’a été observée. 14 enfants ont
développé un nodule thyroïdien unique (treize bénins et un cancer papillaire). Le taux d’incidence est de 1,8 pour 1000 personnes par an et par Gy. Le risque de nodule était trois fois plus élevé parmi les femmes. Pour ces deux anomalies morphologiques, le risque augmentait avec la dose : le risque relatif par gray était de 3 pour les nodules et de 4 pour les goitres.
Le débit de dose n’affecte pas le risque de goitre, en revanche le risque de nodule était augmenté dans le groupe de sujets irradiés avec un fort débit.

Conclusion

Cette étude épidémiologique rétrospective
portant sur 396 enfants irradiés pour un angiome cutané apporte
des informations sur les séquelles thyroïdiennes à long
terme de faibles doses de radiation ionisante (< 1 Gy ).

  • Elle souligne le rôle du débit de dose dans l’apparition des nodules thyroïdiens. Il existe une augmentation significative du risque de leur apparition, uniquement pour des irradiations de courte durée et à fort débit.
  • Quant à la relation dose thyroïde / goitre, les auteurs la rapproche des observations effectuées dans les régions à haut niveau de radioactivité naturelle. “Il est intéressant de noter que le contenu en iode de ces thyroïdes irradiées est significativement abaissé et que cette diminution est significativement liée à la dose totale reçue par la thyroïde.
    L’extrême radiosensibilité du tissu thyroïdien de ces enfants, dont la grande majorité a été irradiée
    dans la première année de leur vie, pourrait expliquer l’apparition de ces goitres”.

Source

“Médecine et science” Août Septembre 1993

Les auteurs :  P.Fragu, INSERM-  F.de Vathaire, INSERM –
P.François, service de  radiologie Toulouse -M.F. Avril, dermatologie
– I. Gustave Roussy.


Pour en savoir plus, se reporter à:

  • La Radioactivité et le Vivant.
    les effets biologiques du rayonnement. par Roger Belbéoch.  page 15 à 19  novembre 1990.
  • Santé et Rayonnement.
    Effets cancérigènes des faibles doses de rayonnement. GSIEN/CRII-RAD janvier 1988.

Liens

Articles dans l’ACROnique du nucléaire

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