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L'irradiation est l'exposition, volontaire ou accidentelle, d'un organisme, d'une substance, d'un corps, à desrayonnements. Ce terme est en particulier utilisé lorsque l'on considère l'exposition à desrayonnements ionisants.
L'irradiation et la radioactivité s'expriment dans des unités spécifiques.
L'unité SI utilisée pour mesurer une irradiation physique est legray (symbole Gy). Le gray mesure une énergie fournie par unité de masse, indépendamment de ses effets biologiques.
La température augmente pour des puissances de l'ordre du kilogray[1], et le mégagray est l'ordre de grandeur de ce qu'il faut pour cuire un rôti dans unfour à micro-ondes[2].
Les irradiations rencontrées enradiobiologie correspondent à des énergies par unité de masse beaucoup plus faibles, insuffisantes pour chauffer la matière exposée.On utilise généralement le gray pour exprimer des irradiations assez fortes (par exemple enradiothérapie) : pour des faibles doses, on utilise plus fréquemment le milligray, voire le microgray.
L'ancienne unité durad (symbole rd), que l'on retrouve encore dans de nombreuses publications, correspond au centigray (ce qui explique que ce sous-multiple soit fréquemment utilisé). On a donc 1 cGy = 1 rd, ou 100 rd = 1 Gy.
En termes de radioprotection, le rad est une unité d'un bon ordre de grandeur :
L'unité utilisée pour mesurer leseffets stochastiques d'une irradiation sur un organisme est lesievert (symbole Sv), qui inclut des termes correctifs permettant de prendre en compte la dangerosité relative des différents rayonnements et la sensibilité relative des différents tissus. Le risque de cancer à terme est beaucoup plus élevé pour un gray deneutrons reçu en tout point de l'organisme que pour un gray derayons β limités à une petite surface de peau : la mesure en sieverts (ladose efficace) permet de prendre en compte ces différences de risques.
Les faibles doses sont typiquement exprimées en millisieverts (mSv), voire en microsieverts (µSv). Si l'on néglige ces termes correcteurs, les irradiations corps-entier exprimées en sievert ou en gray sont du même ordre de grandeur pour les rayonnements habituellement rencontrés en radio-protection.
L'unité utilisée pour mesurer l'activité d'une source radioactive est lebecquerel (symbole Bq), qui mesure le nombre de désintégrations radioactives par seconde. Il permet de représenter indirectement la quantité de matière radioactive présente, si l'on connait par ailleurs l'activité massique duradionucléide concerné.
Le becquerel est une unité très petite, parce que le moindre atome qui se désintègre est comptabilisé, et il y a beaucoup d'atomes dans une quantité pondérale de matière (voirnombre d'Avogadro). Un corps humain moyen a ainsi une activité naturelle de dix mille becquerels. La conversion entre l'activité (exprimée en becquerels) et l'effet biologique (exprimé en sieverts) dépend de la nature et de l'énergie des rayonnements impliqués, mais correspond toujours à un facteur extrêmement faible. Ainsi, l'auto-irradiation du fait de la radioactivité naturelle du corps humain (10 000 Bq) induit une exposition de 0,2 mSv/an, avec un facteur de conversion de vingt microsieverts par kilobecquerel (µSv/kBq) et par an.
La principale source d'irradiation est naturelle. Le niveau de l’exposition naturelle varie selon le lieu, généralement dans le rapport de un à trois. Dans de nombreux endroits il peut être beaucoup plus élevé[3].
L'irradiation naturelle provient principalement duradon, un gaz radioactif produit par les traces d'uranium présentes dans certaines roches comme legranite. Ce gaz émane du sol (dans des proportions très variables suivant la nature du terrain) et peut se concentrer dans les habitations mal ventilées. Le radon conduit à une exposition qui peut être très variable, de 1 à 100 mSv/an[4]. En dehors du radon, l'irradiation due aux substances minérales radioactives peut également être importante localement, à proximité de gisements à haute teneur enuranium ou enthorium, ou encore plus rarement, dans des maisons accidentellement construites avec de telles roches ; mais une faible activité naturelle peut être mesurée dans tout matériau de construction : plâtre, brique, béton, etc. L'exposition correspondante est également très variable, de 0,1 à 1 000 mSv/an[4].
Lesrayons cosmiques sont également une source notable d'irradiation naturelle, d'autant plus forte que l'on est en altitude. Au niveau de la mer et sous des latitudes moyennes, la dose est voisine de 0,3 mSv/an[4]. C'est à cause des rayons cosmiques que l'irradiation augmente lors des voyages en avion. Ces irradiations ne sont pas nécessairement dangereuses à cesfaibles niveaux ; une analyse statistique montre au contraire que le risque de cancer diminue significativement avec l'altitude aux États-Unis[5].
Les substances radioactives présentes dans la nature sont également une source d'irradiation : 10 % de l'irradiation moyenne reçue par une personne provient de son propre corps, principalement du fait de la désintégration ducarbone 14 et dupotassium 40 (principalement présent dans les os). Cette irradiation est pratiquement constante[4].
L'homme est également soumis à des rayonnements provenant de sources artificielles. La radioexposition peut résulter de l’activité professionnelle (radiologue, travailleur de l'industrie nucléaire, etc.), et dans ce cas, dépend très largement de cette activité. Le niveau moyen de radioexposition professionnelle est généralement comparable à celui de l’exposition au rayonnement naturel, mais un faible pourcentage de travailleurs reçoivent des doses plusieurs fois supérieures à cette dernière. L’exposition des travailleurs est soumise à des limites internationalement définies, qui sont environ dix fois supérieures à l’exposition moyenne au rayonnement naturel[3].
La principale cause d'irradiation est médicale, reçue lors d'examens radiologiques (radiographies,fluoroscopies et surtoutscanners). Cette irradiation varie avec les pratiques médicales. Le niveau moyen d’exposition dû aux utilisations médicales des rayonnements dans les pays développés est équivalent à environ 50 % de l’exposition moyenne au rayonnement naturel dans le monde[3].
Certaines activités humaines contribuent à accroître l'irradiation naturelle : c’est le cas par exemple de l’extraction et de l’utilisation de minerais contenant des substances radioactives, ainsi que de la production d'énergie lorsque l’on brûle du charbon contenant de telles substances[3]. En effet, le charbon contient dupotassium 40, de l'uranium et du thorium, et sa combustion les concentre d'un facteur dix dans les cendres. Une partie de cette radioactivité naturelle est également rejetée dans les fumées et contribue à augmenter légèrement l'exposition des riverains autour descentrales à charbon (autant voire plus que les rejets des centrales nucléaires, c'est-à-dire de l'ordre du microsievert par an)[6],[4].
D'autres sources sont une forme depollution résultant de l'utilisation du nucléaire civil ou militaire, parfois à très grande distance :retombées radioactives desessais aériens d'armes nucléaires, desaccidents nucléaires tels queTchernobyl ouFukushima, rejets industriels, etc. Leur contribution à la dose annuelle moyenne à la population mondiale a atteint un pic de 150 µSv en 1963 (en raison des essais nucléaires atmosphériques), puis a diminué et est de 5 µSv en 2000. Ces doses annuelles sont restées relativement faibles, atteignant au maximum environ 7 % du rayonnement naturel[3].
En France, l'impact moyen des rejets industriels (réacteurs, industrie du combustible, traitement des déchets) est inférieur à quelques millièmes de la radioactivité naturelle[7]. Ces activités n’entraînent généralement des expositions qui ne correspondent qu’à une faible fraction de la dose moyenne d’irradiation naturelle dans le monde. Toutefois, les riverains habitant à proximité d'installations rejetant des matières radioactives dans l’environnement peuvent recevoir des doses plus élevées[3].
Les téléphones portables ou les lignes à haute tension génèrent desrayonnements électromagnétiques de fréquence plus faible que la lumière visible, et sont beaucoup trop faibles pour être desrayonnements ionisants. Même si ce sont des rayonnements non-ionisants, ils constituent des sources d'irradiation[8].
Ces radiations, que nos sens ne peuvent pas détecter, perturbent le fonctionnement des cellules vivantes. Les molécules comme l'ADN et lesprotéines constituant les cellules subissent des dégâts (rupture de liaisons chimiques, modifications de la structure, etc.). Face à cette agression, les systèmes de défense dont disposent toutes les cellules vont tenter de réparer les dommages. Dans la plupart des cas, cette réparation sera efficace. Si les dégâts sont trop importants, l'élimination de la cellule est opérée par des processus de mort cellulaire (parapoptose par exemple). Le danger provient des réparations imparfaites qui peuvent aboutir à des cellules déclenchant un cancer des années après l'irradiation. À très forte dose d'irradiation, les systèmes de défense ne peuvent plus faire face à cette importante mortalité des cellules perturbant les fonctions vitales pouvant aller jusqu'au décès.
Suivant l'intensité de l'irradiation subie (en une seule fois sur l'ensemble du corps), on peut distinguer trois zones d'effets :
Ces trois zones d'effets (dont les frontières sont floues et assez mal connues) correspondent à une irradiation occasionnelle reçue en une seule fois et sur l'ensemble du corps, donc pour undébit de dose très élevé.
Deuxrisques d'effets radio-induits ont surtout été étudiés : principalement celui de cancers, et de manière secondaire, celui sur la fertilité et /ou tératogénicité.
D'autres effets ont été signalés pour des doses d'irradiation comprise entre 0,1 et 2 Gy c'est-à-dire entre lesfaibles doses d'irradiation aujourd'hui sans effet connu et la dose déclenchant lesyndrome d'irradiation aiguë ayant systématiquement des effets immédiats et lourds: cataracte radio-induite[12],[13],[14],[15],[16], maladies cardio-vasculaires[17],[18],[19],[16],[20] ou sur-mortalité parmi la cohorte desliquidateurs deTchernobyl[réf. nécessaire].
On peut remarquer que l'effet stochastique est avant tout une préoccupation de santé publique. Sachant que le taux de cancer « naturel » est de l'ordre de 20 %, une personne accidentellement exposée à 100 mSv (donc très largement au-delà des doses admises en radioprotection) verra sa probabilité d'être atteinte d'un cancer passer de 20 % à 21 % ; c'est-à-dire que même à ce niveau d'exposition, un cancer éventuel n'aura que 5 % de chance d'être dû à une exposition aux rayonnements - et 95 % de chances d'être dû à autre chose. Ce n'est que pour des personnes exposées par ailleurs au syndrome d'irradiation aigüe que la probabilité d'un cancer radio-induit devient significative sur le plan individuel.
Le risque d'anomalie du développement du fœtus en cas d'irradiation importante est bien réel. Les effets secondaires chez le fœtus peuventa priori être subdivisés en quatre groupes : mortin utero, malformations ou retard de croissance et du développement, et effets mutagènes[21].
On ne recense pas d’augmentation du risque de maladies génétiques secondaires à l'irradiation[21].Les doses pour lesquelles un effet a été identifié (de l'ordre de 10rd, soit plus de 100 mSv) sont largement supérieures aux doses utilisées lors d’examens radiologiques[21],[22].
Le risque demutation génétique a été évoqué et très médiatisé dans les années 1950, à la suite desbombardements atomiques de Hiroshima et Nagasaki, et à la suite de l'accident provoqué par lesretombées nucléaires de l'essaiCastle Bravo en 1954, qui fit un mort. « Dans les années qui suivirent, et surtout à la suite des observations faites sur les descendants des survivants de Hiroshima et Nagasaki, il devint clair que cette préoccupation était une sur-réaction, dues à des passions fortes suscitées par la menace d'une guerre nucléaire. »[23] Aucun effet génétique transmissible imputable à un excès d'irradiation n'a jamais été mis en évidence chez l'homme, y compris à la suite de l'accident de Tchernobyl[24],[25], bien que ce thème soit très récurrent et régulièrement exploité par des publications non scientifiques[26].
Les principes et les normes de radioprotection sont relativement uniformes dans le monde et en particulier dans l'Union européenne[27].
Les normes internationales se basent sur le principe que le risque pour la santé est proportionnel à la dose reçue et quetoute dose de rayonnement comporte un risque cancèrigène et génétique (CIPR 1990). Bien qu'aucune dose ne soit inoffensive, des seuils sont admis par les normes internationales. Ces principes de radioprotection portent évidemment sur la protection contre lesyndrome d'irradiation aiguë, et s'étendent jusqu'à la zone des risques stochastiques, pour des doses de l'ordre de 10 mSv/an.
Il est admis que l'effet cumulé de faibles débits de doses est largement inférieur à celui d'une dose équivalente reçue en une seule fois : en dessous de débits de doses de quelques dizaines de µSv/h, ce qui est l'ordre de grandeur des expositions aux rayonnements dans les environnements naturels fortement radioactifs, on constate une absence d'effet des populations exposées, alors même que le cumul des doses reçues peut atteindre la centaine de mSv par an.
Selon le rapport 2003 du CERI (European Commitee on Radiation Risks) « les expositions internes sont plus dangereuses que les expositions externes en raison de l’incorporation des produits radioactifs au sein même des cellules et des constituants cellulaires. Considérant que les évaluations actuelles du risque après contamination sont sous-estimées il propose de nouveaux coefficients de risque et des limites de doses très inférieures à celles adoptées dans le cadre des dispositions législatives et des recommandations internationales de la CIPR[28] ».
En France, il est admis au titre duprincipe de précaution que la relation dose-effet est linéaire sans seuil jusqu'à la dose zéro, c'est-à-dire que l'on considère règlementairement qu'une dose, aussi petite soi-telle, entraîne une augmentation de la probabilité d'effets délétères (maximalisation durisque dans un principe d'équité)[27].
Toute exposition humaine à des radiations ionisantes doit répondre à un principe dejustification et de limitation. D'où des limites règlementaires différentes selon les populations (professionnels ou grand public) et les différentes parties du corps. Il n'existe pas de limite règlementaire pour l'exposition médicale des patients, car cette exposition vise à produire un bénéfice direct, très largement supérieur aux risques encourus[27], ainsi un organe particulier peut recevoir une dose d'irradiation plus élevée, par exemple enradiothérapie.
L'exposition humaine à des rayonnements peut prendre trois formes d'effets assez différents : exposition ponctuelle, chronique, ou par contamination.
L'exposition aiguë, répétée ou chronique à un environnement irradiant, y compris à des rayonnements faibles (travail sur écran cathodique, examens radiographiques, etc.), gamma ou X, est une préoccupation pour la protection des personnes ou populations alors exposées à undébit de dose plus ou moins élevé. Ce débit est mesuré en microsieverts par heure (Les doses annuelles cumulées sont alors généralement de l'ordre du millisievert). Il peut s'agir d'un environnement de travail (cabinet médical deradiologie, travailleur de l'industrie nucléaire) ou d'habitation (vie en altitude, ou dans une région riche enuranium,thorium,radon...).
L'exposition à de trèsfaibles doses laisse généralement aux cellules le temps de se régénérer : les effets adverses ne sont démontrés chez la souris que pour des débits de doses supérieurs au millisivert par heure. Des souris exposées à 0,000 2 cGy/min (0,12 mGy/h) pendant cinq semaines ne montrent pas d'effet détectable sur l'ADN[29],bien que la dose totale (0,1 Gy) entraîne des dommages détectables si reçue en une seule fois[réf. nécessaire].
Exemples de niveaux d'irradiation externe (par personne et par an) donnés par Areva[30] :
| Irradiation moyenne due aux centrales nucléaires en France | 0,01 mSv/an |
| Irradiation due à la radioactivité naturelle en France | 1 à 2 mSv/an |
| Irradiation globale (naturelle plus artificielle) de la population française | 2 à 3 mSv/an |
| Irradiation naturelle globale de la population mondiale | 2,4 mSv/an |
Les personnels réputés les plus exposés font en France l'objet d'une surveillance. Un cas particulier est celui du métier d'égoutier (notamment exposé aux rejets hospitaliers) ; il est depuis 2022 pris en compte par le système Ciddre (intégrant maintenant tous les radionucléides médicaux, mis à jour pour des calculs plus précis concernant lelutétium 177 utilisé enoncologie, et permettant le calcul d’impact des déversements radioactifs dans les réseaux)[31].
Le radon est spontanément présent presque partout, surtout en contexte granitiques, volcaniques ou minier, mais sa présence n'est pas négligeable même dans les terrains calcaires. En France, les régions riches en radon sont la Bretagne, le Massif central, les Vosges et la Corse.
L'exposition auradon peut être vue comme un cas intermédiaire entre environnement irradiant et contamination. Ce n'est pas le radon lui-même qui pose un problème radiologique, mais ses descendants fixés dans les poumons et l'organisme sous forme de nanoparticules ; il en résulte une dose à un niveau estimé à 2,46 × 10−9 sievert par heure de séjour et par becquerel et par mètre cube[32] Pour cette raison, une atmosphère chargée en radon est surtout considérée comme un environnement contaminant, diffusant un « terme source ». La teneur en radon est mesurée en becquerels par mètre cube.
Il est possible de subir une exposition massive à des rayonnements de l'ordre dugray, volontairement (radiothérapie), accidentellement (accident nucléaire), ou à la suite d'uneexplosion nucléaire.
Les doses importantes conduisent typiquement à unsyndrome d'irradiation aiguë, quand elles sont de l'ordre du gray. Elles sont essentiellement le fait de rayonnements gamma durs ou de neutrons (lesrayons α et β n'ont qu'une portée limitée).
Lors de l'accident nucléaire de Forbach en 1991, trois ouvriers ont été irradiés par un accélérateur de particules et ont reçu des doses entre 50 et 100 grays.
Les expositions ponctuelles auxfaibles doses d'irradiation, reçues en une seule fois, sont mesurées en millisieverts. Elles correspondent la plupart du temps, pour le public, à des examens radiologiques (radiographies,gammagraphies,scanners, etc.). Plus rarement, en cas d'accident radiologique, des personnes peuvent également être exposées à de faibles doses d'irradiation : personnes mises en présence d'unesource radioactive à grande distance et/ou pendant un temps suffisamment bref. C'est également la dose globale considérée pour évaluer le risque de cancer à terme lors d'expositions exceptionnelles :accident de criticité,accident nucléaire ouexplosion atomique.
Exemples de niveaux d'irradiation (par personne et par an)[30] :
| Irradiation entraînée par unvol Paris-New York | 0,02 mSv |
| Irradiation entraînée par une radiographie simple des poumons | 0,02 mSv |
| Irradiation moyenne consécutive à une tomodensitométrie thoracique ou abdominale | 2,5 à 10 mSv |
Lors d'une contamination par des produits radioactifs, l'effet de la radioactivité est accentué par la fixation du produit dans le corps.La contamination (généralement accidentelle, mais parfois volontaire encuriethérapie) se fait le plus fréquemment par inhalation (par exemple, risque de cancer du poumon induit par leradon), éventuellement par ingestion de produits contaminés (pollutions d'eau ouretombées de matières radioactives), ou par contamination de la peau conduisant à une inhalation ou une ingestion ultérieure (voire une pénétration directe).
Une contamination interne par des substances radioactives (que ce soit par inhalation, ingestion, ou à travers une blessure) expose l'organisme à des rayonnements faibles, mais directement en contact avec les tissus, et sur une durée potentiellement longue (fonction de lapériode biologique duradioisotope, de son mode d'ingestion, de son état chimique, etc.). Ces contaminations se mesurent enbecquerels ; la plus ou moins granderadiotoxicité de la substance (et s'il y en a, de ses descendants radioactifs le long de lachaîne de désintégration) est évaluée ensieverts parbecquerel (l'unité typique étant le µSv/kBq).
Laradiotoxicité dépend alors essentiellement du produit et de sa forme chimique, qui gouvernent son métabolisme et son séjour dans le corps. Cette radiotoxicité est principalement due aux rayonnementsα etβ, qui sont alors produits directement dans le corps, et induisent le plus souvent un risque decancer.
Lesmatériaux inertes subissent également des irradiations dans différents environnements, particulièrement dans lesréacteurs nucléaires et en environnement spatial. Ces environnements sont en effet très radiatifs et on y retrouve de nombreuses particules chargées et de haute énergie (électrons, protons, particules α...) interagissant de manière coulombienne et nucléaire avec les atomes du matériau irradié[33],[34]. Apparaissent alors dans leur structure des défauts simples (lacune etsite interstitiel) ou plus complexes (dislocation) qui modifient leurspropriétés physico-chimiques et mécaniques. La prévision de ces évolutions a fait et fait toujours l'objet d'une recherche fondamentale et appliquée. Par ailleurs, l'irradiation est un moyen utilisé pour modifier volontairement les matériaux : durcissement despolymères, modifications des propriétés électroniques dessemi-conducteurs, etc. L'irradiation a également été utilisée pour quantifier la teneur enradicaux induits par des actions mécaniques (broyage) sur des composés organiques (lactose)[35].
On utilise l'irradiation (parfois appelée « ionisation ») pourstériliser divers objets, la plupart dans le secteurmédical. Elle est également utilisée dans lesecteur agroalimentaire afin destériliser les aliments et de les conserver plus longtemps. Ceci est sujet à controverse, car il pourrait y avoir des risques pour lasanté[réf. nécessaire]. Enfin, elle est employée pour l'amélioration des propriétés de polymères[36].
La plateforme expérimentale Aérial Feerix, inaugurée dans la régionGrand Est en, est un outil d'étude de ces applications multisectorielles. Destinée à la recherche, au développement et à la formation, la plateforme d'irradiation est issue d'une technologie développée par leCEA et construite sur des technologies pointues d'accélération d'électrons et de génération derayons X de forte énergie[36].
Paranalogie, le terme d'irradiation est également rencontré dans les domaines suivants :
| Accidents et incidents classés suivant l'échelle INES |
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Conséquences | |||||||||||||
| Organisations desûreté nucléaire | |||||||||||||
| Autres organisations | |||||||||||||
| Articles liés | |||||||||||||
| *Liste non exhaustive (l'ASN indique qu'il y a en France dans l'industrie nucléaire environ 2 incidents de classe 2 par an). | |||||||||||||
