Rayonnements ionisants

Plus de 120 000 travailleurs sont exposés aux rayonnements ionisants.
Les sources d'expositions aux rayonnements ionisants sont multiples, artificielles (médicales, industrielles…) et naturelles (cosmiques, telluriques…) ; cette dernière représente la principale composante de l'irradiation reçue par la population générale.

1 Définitions et notions élémentaires

Certaines définitions sont issues du livre " Hygiène et sécurité " de J. Pluyette.

1.1 Termes physiques

En se désintégrant, les noyaux radioactifs émettent divers types de rayonnements que l'on peut séparer en deux catégories : les rayonnements directement ionisants (a et b ) et les rayonnements indirectement ionisants ( l , X et neutron).
 
 

Rayonnement	Ce qui arrête le rayonnement
Rayonnement a	Feuille de papier, air
Rayonnement b	Plexiglas, aluminium, laiton, quelques mètre d'air
Rayonnement g et X	Plomb, béton baryté, acier
Neutron	Eau, paraffine

 

Epaisseur moitié d'un écran : l'épaisseur nécessaire pour diviser par 2 la dose de rayonnement.
Nucléide : espèce atomique définie par son nombre de masse ( nombre total de nucléon A ), son numéro atomique ( nombre de proton Z ) et son état énergétique nucléaire.
Radioactivité : phénomène de transformation spontanée d'un nucléide avec émission de rayonnements ionisants.
Radionucléide (radioélément) : nucléide radioactif.

1.2 Les différents types de sources de rayonnements ionisants

Le décret n°86 1103 du 2 octobre 1986 définit deux types de sources :  

1.2.1 Les sources scellées

Les substances radioactives y sont solidement incorporées dans des matières solides inactives ou scellées dans une enveloppe inactive présentant une résistance suffisante pour éviter, dans les conditions normales d'emploi, toute dispersion de substance radioactive.

1.2.2 Les sources non scellées

Leurs présentations et leurs conditions normales d'emploi ne permettent pas de prévenir toute dispersion de substance radioactive.

1.3 Modes d'exposition

Exposition : toute exposition de personne à des rayonnements ionisants
Exposition externe : exposition résultant de sources situées en dehors de l'organisme. Si la source est à distance de l'organisme, elle entraîne une irradiation; si elle est au contact de la peau, elle entraîne une contamination.
Exposition interne : exposition résultant de sources situées dans l'organisme.
L'exposition totale : somme de l'exposition externe et de l'exposition interne.
L'exposition globale : l'exposition du corps entier considéré comme homogène.
L'exposition partielle : l'exposition portant essentiellement sur une partie de l'organisme ou sur un ou plusieurs organes ou tissus.

1.4 Unités de mesure en radioprotection

1.4.1 Activité

Une source est caractérisée par l'activité du radioélément, c'est-à-dire le nombre de noyaux qui se désintègrent spontanément par unité de temps. L'unité de mesure de la radioactivité est le Becquerel (Bq) qui correspond à une désintégration par seconde. On utilise plus souvent les multiples : kiloBq = 103, MégaBq = 106, GigaBq = 109, TéraBq = 1012.

(Le curie (Ci) correspond à l'ancienne unité de radioactivité : 1Ci = radioactivité d'un gramme de radium = 37GBq).

1.4.2 Dose absorbée

C'est la quantité d'énergie communiquée par le rayonnement à la matière traversée par unité de masse. Elle se mesure en Gray (Gy) (anciennement le rad : 1 Gy = 100 rad).

1.4.3 Équivalent de dose efficace

À dose égale, les effets biologiques sont différents selon la nature du rayonnement et selon les tissus exposés. L'équivalent de dose efficace se calcule en Sievert (Sv), (anciennement le rem : 1 Sv = 100 rem).

1.4.4 Le débit de dose

C'est la dose reçue par unité de temps. Elle s'exprime en Gy/s ou en Sv/s. On le mesure à l'aide d'un dosimètre ou d'un stylodosimètre.

2 Sources d'exposition humaine aux rayonnements

2.1 Exposition naturelle

C'est la principale composante de l'exposition humaine : 2,4 mSv. Elle a deux origines :

2.1.1 Origine cosmique

Les rayonnements cosmiques de haute énergie interagissent avec les noyaux des atomes de l'atmosphère terrestre. Ils créent :

2.1.2 Origine tellurique

Les radioéléments présents dans la croûte terrestre ont en général des périodes très longues. Ils sont responsables d'une exposition externe dont l'importance est variable selon la nature des sols (en moyenne 1,6mSv par an).
L'organisme humain contient une faible part de radioéléments qui sont apportés par l'alimentation et l'eau de boisson et participent à l'exposition naturelle interne, surtout le potassium 40. (en moyenne de 0,35 mSv par an).

2.2 Exposition artificielle

2.2.1 Exposition du public

Exposition médicale
La dose reçue est principalement due au radiodiagnostic. Les doses en radiothérapie sont beaucoup plus élevées mais plus surveillées et contrôlées (estimé à 1 mSv par an).

Retombées des 450 essais nucléaires aériens (estimées à 3,8 mSv par an, en décroissance lente).
L'accident de Tchernobyl a exposé les Français à 50 m Sv supplémentaires en 1986.

Exposition domestique
Elle est due aux objets luminescents avec des peintures au tritium, aux anciens récepteurs de télévision, à certaines céramiques dentaires, à l'isolation accrue des bâtiments (=> augmentation du radon), aux vols en haute altitude.
Pour la population générale, l'exposition aux sources domestiques et industrielles serait d'environ 10 m Sv par an.

2.2.2 Exposition professionnelle

Elle est surtout externe et plus rarement interne. Parmi les travailleurs les plus exposés, on peut citer :

La liste suivante est donnée à titre indicatif (source : APAVE)

Sources scellées
- mesure d'épaisseur, de densité, pesage (rayons X, divers appareils à sources radioactives : Prométhéum 147, Krypton 85, Strontium 90, Américium 241, Césium 137, Cobalt 60) (70 % des équipements),
- contrôle non destructif des pièces métalliques de soudures, d'œuvres d'art (rayons X, gammagraphes à Iridium 192) (10 % des équipements),
- chromatographie en phase gazeuse avec détecteur à capture d'électrons contenant une source radioactive (9 % des équipements),
- mesure d'humidité et de densité des sols (7 % des équipements),
- analyse d'alliages par fluorescence X (1 % des équipements),
- stérilisation de matériels ou de denrées, modifications de propriétés (accélérateurs de particules, irradiateurs gamma au Cobalt 60),
- mesures de niveaux avec appareils à source radioactive (Américium 241, Césium 137, Cobalt 60),
-détecteurs de fumées, paratonnerres, stimulateurs cardiaques.

Sources non scellées
Leur utilisation est très variée : étude d'hydrologie, contrôles de procédés dans l'industrie chimique, suivi d'usure de pièces mécaniques, recherche de fuites dans les canalisations, …

3 Effets biologiques des rayonnements ionisants

3.1 Effets moléculaires

L'action directe est due au transfert direct de l'énergie du rayonnement. La molécule ionisée ou excitée expulse son excédent d'énergie par émission de photons de fluorescence ou par rupture de liaisons chimiques qui pourront être à l'origine de lésions moléculaires.
Dans une cellule vivante, toutes les molécules peuvent être touchées, mais deux d'entre elles sont plus importantes : l'eau (par son abondance) et l'ADN (par les conséquences de son altération).
La radiolyse de l'eau : sous l'influence de rayonnements ionisants, une molécule d'eau se décompose en deux radicaux libres qui sont très réactifs, provocant des lésions sur les molécules voisines.
Les effets sur l'ADN sont dus soit à une action directe sur la molécule, soit à un effet indirect par radiolyse de l'eau. Les conséquences des lésions de l'ADN se divisent en deux grands types : les phénomènes de mortalité cellulaire et les mutations.

3.2 Les effets cellulaires

3.2.1 Mort cellulaire

Pour des doses très élevées (centaines de Gray), les lésions moléculaires peuvent engendrer la mort cellulaire
Si la dose est plus faible, la mort cellulaire est différée, les cellules ont perdu la capacité de division ; certaines meurent à leur première mitose, d'autres subissent quelques divisions avant de disparaître. Il s'agit des effets dits deterministes.

3.2.2 Mutations

Les cellules peuvent garder leur pouvoir de division mais transmettent alors à leurs descendance les anomalies induites : ce sont les mutations pouvant engendrer des cancers si elles touchent les cellules somatiques et des anomalies héréditaires si elles touchent les cellules germinales. Il s'agit des effets aléatoires.

3.2.3 Mitoses

La radiosensibilité varie ainsi selon de nombreux facteurs dont la nature et les caractéristiques du rayonnement, la teneur en O2 du milieu, la température, le type de tissu concerné, le cycle cellulaire … Les phases G2 et M sont les plus radiosensibles, la phase S est la plus radiorésistante. Les rayonnements ionisants retardent la mitose. Si on laisse aux mécanismes de réparation de l'ADN le temps d'agir, les conséquences des rayonnements ionisants sont limitées.

3.3 Les effets tissulaires

Ils sont la conséquence des effets cellulaires et ne s'expriment que lorsqu'un nombre suffisant de cellules est détruit. Ils n'apparaissent ainsi qu'au-delà d'une dose seuil. Au-delà de cette dose, les effets sont d'autant plus importants que la dose est importante. Les effets s'expriment différemment selon l'organisation du tissu touché et sa cinétique.
Les tissus les plus radiosensibles sont les tissus hématopoïétiques, les gonades, les poumons ; les moins radiosensibles sont le tissu nerveux adulte, le tissu musculaire.  

4 Effets sur l'homme

4.1 Les effets déterministes ou non aléatoires

Ils apparaissent dès que la dose reçue dépasse une valeur seuil. Ce sont en général des effets précoces dus à des pertes cellulaires. Les effets diffèrent selon que l'irradiation est globale ou partielle, que la dose reçue l'a été en une seule fois (irradiation aiguë) ou en plusieurs fois (irradiation chronique).

4.1.1 Exposition externe globale

Plus la dose reçue est élevée plus la symptomatologie est précoce, riche et prolongée.

Dose inférieure à 0,3 Gray : Aucun symptôme

Dose comprise entre 0,3 et 1 Gray : Chute discrète du nombre des lymphocytes, difficile à apprécier. Elle est spontanément réversible. Il y a peu de signes cliniques chez la plupart des individus, parfois quelques signes neurovégétatifs avec asthénie, céphalées, nausées.

Dose comprise entre 1 et 2 Grays : Nausées, vomissements, céphalées débutent dans les 6 heures qui suivent l'exposition et peuvent durer 24 à 48 heures. Il y a une chute précoce du nombre des lymphocytes qui ne dépasse pas 50 % du taux initial et dont le chiffre reste supérieur à 1000 lymphocytes par mm3. On note une dépression transitoire et retardée des autres lignées sanguines. Le sujet doit être hospitalisé pour surveillance. La guérison est de règle, le plus souvent sans aucun traitement.

Dose comprise entre 2 et 5 Grays : Nausées, vomissements, apparaissent dans les 2 heures. Puis surviennent : asthénie intense, hyperthermie possible, chute rapide du nombre des lymphocytes dont le taux est inférieur à 50 % du taux initial soit inférieur à 1000 lymphocytes par mm3 dès les premières heures. Cette latence clinique est mise à profit pour éradiquer les foyers infectieux. Un dosage des anticorps anti-CMV sera effectué. La reprise évolutive est dominée par l'aplasie médullaire et ses conséquences cliniques, constituant la phase critique du 15 ème au 30 ème jour.
La guérison est la règle sous réserve d'un traitement hématologique bien conduit.

Dose comprise entre 5 et 15 Grays : En plus des syndromes prodromiques et hématopoïétiques qui sont majeurs, s'ajoute un syndrome viscéral gastro-intestinal avec nausées, vomissements, diarrhées et hémorragies digestives. En l'absence de greffe de moelle, la mort est quasi certaine.

Dose supérieure à 15 Grays : Il apparaît des troubles neurologiques et cardiaques, les réactions cutanées sont précoces. Aucun traitement n'est efficace et le sujet meurt en moins de 48 heures.

4.1.2 Exposition externe partielle

Les effets dépendent de la dose reçue et de l'organe atteint.

Atteinte de la peau :
Entre 3 et 8 Grays : apparition d'un érythème. Au delà de 5 Grays, épidermite sèche.
Entre 12 et 20 Grays : épidermite exsudative. (Le temps de survenue des lésions est d'environ 3 semaines)
Au-delà de 25 Grays : nécrose de la peau.
Séquelles : elles peuvent être importantes au-delà de 10 Grays : atrophie d'un segment cutané ou muqueux, télangiectasies, dyskératose, dyschromie… mais aussi troubles fonctionnels avec douleurs, troubles de la sensibilité, de la vascularisation ou de la mobilité.

Effets sur les gonades :
Les cellules germinales testiculaires sont très radiosensibles. Une dose de 4 Grays suffit pour entraîner une stérilité définitive. Une hypospermie de plusieurs mois peut se voir pour une dose de 0,2 Gray. Mais les cellules de Sertoli sont très radiorésistantes, il n'y aura ni impuissance ni diminution des hormones.
La radiosensibilité des ovaires est inférieure à celle des testicules, elle varie avec l'âge. La stérilité survient pour des doses supérieures à 8 Grays.

Effets sur l'œil :
La partie la plus sensible de l'œil est le cristallin. Une radioexposition peut entraîner une cataracte survenant dans un délai variable : plus de 5 ans pour des doses inférieures à 2 Grays, 1 an pour des doses supérieures à 10 Grays.
On peut voir également :

Effets sur la thyroïde
Les glandes endocrines sont en général assez résistantes sauf la thyroïde pour laquelle les effets pourront être retardés de 10 à 15 ans avec l'apparition d'une hypothyroïdie.

4.2 Effets tératogènes

Les effets varient en fonction du stade de développement du fœtus.

4.2.1 Période de préimplantation (6 ème – 9 ème jours)

Les cellules sont indifférenciées et totipotentes. En cas d'exposition à une dose élevée, il y a mort cellulaire et avortement passant inaperçu. Sinon quelques cellules sont détruites et remplacées : une seule cellule survivante suffit pour assurer le développement complet de l'embryon.

4.2.2 Embryogénèse (jusqu'au 60 ème jour)

C'est la période la plus radiosensible. Il y a risque de malformations, de maldéveloppement du système nerveux central.

4.2.3 Stade fœtal (au-delà du 60 ème jour)

Le risque malformatif diminue mais une irradiation peut entraîner un risque cancérogène qui ne se révélera qu'après la naissance.

4.2.4 En pratique

Eviter d'irradier toute femme enceinte.
En cas de grossesse méconnue, les conséquence sont fonction de l'âge du fœtus et des doses reçues.

4.3 Effets aléatoires ou stochastiques

Ils ne concernent que certains individus au hasard et sont indépendants de la dose. Ils vont atteindre soit le sujet lui-même soit sa descendance. Leur temps de latence est de plusieurs années.

4.3.1 Effets cancérogènes

Doses supérieures à 1 Gray : Il y a un risque d'augmentation de l'incidence de certains cancers, en particulier leucémie et cancers de la thyroïde. Le problème demeure pour des doses faibles, inférieures à 0,2 Gray.

4.3.2 Effets génétiques

Ils sont difficiles à mettre en évidence car l'incidence naturelle des anomalies génétiques est importante. Les anomalies génétiques peuvent concerner soit les chromosomes soit un ou plusieurs gènes.
Chez l'homme, aucune enquête n'a décelé d'augmentation de l'incidence des anomalies génétiques dans la descendance après irradiation parentale.

4.4 Conduite à tenir devant une surexposition

4.4.1 Exposition externe globale

C'est une circonstance exceptionnelle en milieu professionnel. Ce n'est pas une urgence thérapeutique : toute autre affection doit être traitée en priorité. Le pronostic dépend de la dose reçue qu'il faut évaluer le plus précisément possible en développant le dosimètre en urgence. L'étude des conditions de surexposition tente de connaître la répartition de la dose sur le corps de la personne irradiée ; en effet, s'il existe un territoire médullaire sain, on pourra attendre une repopulation de la moelle aplasique.
L'examen clinique est important pour faire un premier tri approximatif de gravité des personnes exposées.
Les signes cliniques immédiats ne surviennent que pour des doses supérieures à 1 Gray et ils surviennent d'autant plus vite que la dose est importante.
Les examens complémentaires doivent être faits rapidement :

Si une exposition aux neutrons est suspectée, on fait une anthropogammamétrie, un recueil des phanères et des objets portés par le sujet pour mesurer leur activité et évaluer la dose reçue.
En cas de signe de gravité, on pratiquera un bilan prétransfusionnel, voire un typage HLA en vue d'une greffe ultérieure. En pratique pour une exposition externe :

4.4.2 Exposition externe partielle

Par irradiation
Le pronostic vital n'est pas en jeu, il n'y a pas d'urgence thérapeutique.
Les signes cutanés doivent être cherchés. La surveillance de ces patients se fait par des équipes spécialisées qui réalisent des examens spécifiques précisant l'étendue de la zone exposée et donnant des indications pronostiques.

Par contact
La contamination externe sur peau saine est un accident bénin. On veillera à ce que le sujet atteint ne porte pas ses mains à sa bouche et ne fume pas. Il faut veiller à la protection du personnel soignant par des gants. Le traitement est réalisé sur place et sans retard : élimination des radioéléments par déshabillage et lavage doux avec protection des orifices naturels. La zone est ensuite séchée et des mesures par un détecteur attestent de la décontamination, puis rhabillage avec des vêtements nouveaux.

4.4.3 Exposition interne

Le traitement est une urgence pour éviter une dissémination trop grande du radioélément. Le risque dépend du radioélément en cause et de ses voies métaboliques.

5 Prévention (notion de radioprotection) (donné à titre indicatif)

Le principe de la législation est celui de la plus basse exposition possible.

5.1 Différentes classes d'exposition

Afin de déterminer le suivi médical du travail des personnes exposées, l'employeur est tenu de les classer en catégories selon le niveau d'exposition susceptible d'être atteint dans les conditions normales de travail :
- catégorie A : travailleurs directement affectés à des travaux sous rayonnements ionisants dont les conditions de travail sont susceptibles d'entraîner un dépassement des 3/10 des limites annuelles d'exposition.
- catégorie B : travailleurs non directement affectés à des travaux sous rayonnements ionisants dont les conditions de travail entraînent un dépassement du 1/10 mais ne peuvent être susceptibles d'entraîner un dépassement des 3/10 des limites annuelles d'exposition, (l'exposition des apprentis de 16 à 18 ans et les étudiants, pour les besoins de formation, ne peut dépasser également ce dernier niveau).
- autres travailleurs non exposés professionnellement, comme la population générale, ils sont soumis à la radioactivité naturelle et la limite d'exposition globale est de 5 mSv par an.
Les limites annuelles d'exposition tiennent compte de la dose maximale autorisée qui correspond aux 10/10.    

5.2 Limites annuelles d'exposition

Exposition externe exclusive  

	Catégorie A			Catégorie B
	12 mois	3 mois pour un homme	3 mois pour une femme	12 mois
Corps entier	50 mSv	30 mSv	12,5 mSv	15 mSv
Extrémités	500 mSv	300 mSv	300 mSv	150 mSv
Cristallin	150 mSv	90 mSv	90 mSv	45 mSv

Pour la femme enceinte, l'exposition abdominale et par extension du corps entier doit être inférieure à 10 mSv.
Exposition interne exclusive, pour chaque radioélément est déterminée une Limite Annuelle d'Incorporation. (L'incorporation doit être nulle pour les femmes allaitantes).
Expositions associées externes et internes : il existe également des limites annuelles.

5.3 Mesures réglementaires

- d'ordre administratif :

- d'ordre technique :

- d'ordre médical :

6 Réparation

Les affections provoquées par les rayonnements ionisants sont indemnisées au titre du tableau 6 du RG et 20 du RA. En 1990, sur 49 décès pour maladies professionnelles, 6 étaient imputables aux rayonnements ionisants :