Dans l’article précédent, nous avons vu qu’au quotidien nous sommes soumis à une dose diffuse de radioactivité, trop faible pour avoir des conséquence à court terme. Quels sont les effets sur le long terme de ces doses diffuses ?

Ceux-ci sont plus délicats à quantifier que les effets à court terme. Je suivrais pour en expliquer les effets le raisonnement de Richard Muller dans son cours physics for future presidents. On considère qu’une exposition à 25 Sv a 100 % de chances d’induire un cancer. Cela peut sembler paradoxale puisqu’on a vu que l’on meurt très rapidement « par empoisonnement » à partir de 10 Sv. La solution de ce paradoxe est dans ce qu’on appelle l’hypothèse linéaire : on suppose qu’il est équivalent de soumettre 1 personne à 25 Sv et 25 000 personnes à 1 mSv. Cela peut sembler absurde et cette hypothèse est souvent remise en cause par les spécialistes. Cependant, il faut bien garder à l’esprit que l’apparition d’un cancer n’est pas « systématique » et qu’il faut raisonner de manière statistique. En application du principe de précaution, les organismes nationaux et internationaux utilisent cette hypothèse pour quantifier les conséquences des expositions aux faibles doses de radioactivité. Sans rentrer dans la controverse (parfois violente), nous retiendrons cette hypothèse et allons en explorer les conséquences.

Retenons : pour 25 000 personnes soumises à 1 mSv, statistiquement, 1 personne développera 1 cancer

On pourra également retenir que l’exposition à 1 mSv augmente notre probabilité d’avoir un cancer de 1/25000 soit 0,004 %.

Voyons les conséquences de cette hypothèse. En France, la dose environnementale annuelle reçue du fait de la radioactivité naturelle et médicale est de 3 à 4 mSv par individus (avec de fortes variations selon l’endroit où l’on vit, son métier, etc.). Soit une dose de 3,5×60 millions = 210 millions mSv reçue annuellement en France. Cela provoque donc à priori 210 millions divisé par 25 000 = 8 400 cancers par an. Ce chiffre peut sembler énorme mais il est encore loin derrière les 66 000 décès par an lié au tabagisme. Il est également à comparer à la probabilité de mourir d’un cancer qui est de l’ordre de 25 % (moins pour les femmes et plus pour les hommes). 8400 personnes souffrant d’un cancer représente 0,014 % de la population totale. Cela veut donc dire que l’environnement radioactif participe de 0,014 % au 25 % de risque d’avoir un cancer.

Autre exemple d’application de l’hypothèse énoncée plus haut : chacun d’entre nous est radioactif (du fait entre autre du carbone 14 et du potassium 14). La dose reçue est d’environ 0,25 mSv/an. Le risque de cancer par auto-contamination est donc de 0,25×0,004=0,001 %. Ce chiffre est insignifiant devant le risque naturel. Cependant, il signifie malgré tout qu’environ 600 personnes développent un cancer auto-induit en France chaque année !

Combien de personnes sont mortes à Hiroshima des conséquences à long terme de la radioactivité ? Selon Richard Muller, moins de 1 %. Cela peut paraitre paradoxale mais voyons le raisonnement : à part les personnes loin du centre de l’explosion, très peu de personnes ont survécus aux effets conventionnels de la bombe (effet thermique de l’explosion sous la forme d’une boule de feu) et aux effets à court terme d’une exposition à la radioactivité. Les meilleurs estimations donnent 52 000 survivants qui ont reçu une dose moyenne de 200 mSv. Cela induit que 200×52000=10 400 000 mSv ont été reçues. En divisant par 25 000 on arrive à 416 cancers soit 0,8 % des 52 000 survivants. On estime le nombre de victimes d’Hiroshima entre 50 000 et 150 000, il y a donc eu moins de 1 % de mort par cancer du fait de la bombe.

Un dernier exemple très controversé, ce qui nous permettra de voir les limites de ce raisonnement : les conséquences de l’accident de Tchernobyl. En 1986, l’un des réacteur de la centrale nucléaire de Tchernobyl explose du fait d’une succession d’erreurs humaines (voir le descriptif de l’accident sur le site astrosurf). Des matériaux radioactifs furent dégagés dans l’atmosphère et se dispersèrent dans toute l’europe (voir l’image satellite ci-contre). On estime que l’humanité a reçu une dose de 600 000 000 mSv. Cet accident aurait donc induit 600 000 000/25 000 = 24 000 cancers (il s’agit d’une estimation grossière, qui relève plus de l’ordre de grandeur que du décompte exact des cancers). Mais ses conséquences ne s’arrêtent pas là. En effet, ces considérations statistiques ne décompte que les cancers directement induits par la radioactivité et ne prennent pas en compte le processus de mutation génétique (pathologies cardiaques, diabètes, naissances difformes, etc.) qui peut se répercuter de générations en générations, affectant plus particulièrement les enfants, 20 ans après la catastrophe (voir par exemple cet article sur le site d’UNICEF).

Il est évident que les conséquences d’une radio-exposition sont complexes. Inhaler des poussières radio-actives n’a pas les mêmes conséquences qu’une exposition à la radioactivité par la peau. Certains organes sont plus sensibles que d’autres, certains sujet également (en particulier les enfants, les adolescents et les femmes enceintes). Les considérations statistiques ne prennent pas en compte les individus (par définition) et lorsqu’on dit que telle exposition induit 100 cancers de plus que la normalité ce qui est insignifiant statistiquement, c’est toujours 100 cancers de trop, surtout si un choix politique permet de les éviter. Néanmoins, ces estimations permettent de donner une idée des conséquences d’une exposition à une faible dose de radioactivité. Sans minimiser les effets d’une catastrophe du type Tchernobyl, elles permettent de relativiser les effets de la radioactivité naturelle : vivre dans une belle maison en granit rose a certainement beaucoup plus de conséquences positives que de conséquences négatives liées à l’activité radioactive du granit (qui contient des traces d’uranium).

Bibliographie:

• Un dossier très riche sur futura-sciences
• Le chapitre radioactivity du cours « Physics for future president » à Berkeley de R. Muller
• Le dossier Tchernobyl d’astrosurf.

En complément de l’histoire de la découverte de la radioactivité, je propose de faire le point sur les effets biologiques de la radioactivité. Il s’agit en fait d’un sujet extrêmement controversé puisqu’il est au coeur du débat pro/anti-nucléaire et il est généralement simplement survolé en cours.

Cet article traite des effets à court terme. Pour les effets à long terme, c’est ici.

Un échantillon radioactif émet des radiations α ou β, c’est à dire qu’il émet des noyaux d’hélium (radiations α) ou des électrons (radiations β) à très grande vitesse. Les noyaux α sont « gros ». Ils provoquent de nombreux dégâts (comme un chien dans un jeu de quille) dans leur environnement mais sont facilement arrêtés : une simple feuille de carton suffit à les arrêter. Les électrons sont beaucoup plus petits et peuvent pénétrer très loin dans la matière (plusieurs mètres d’air, plusieurs centimètres de tissu vivant, ou plusieurs millimètres d’aluminium). Dans tous les cas, lorsqu’ils sont arrêtés par de la matière ils transmettent leur énergie à leur environnement. Lorsque ces projectiles frappent des êtres vivants, ils endommagent les molécules au cœur même de la cellule et cela peut avoir une influence sur son fonctionnement. Il existe également les rayonnements ionisants X ou γ qui sont des rayonnements électromagnétiques (comme la lumière mais très énergétique et invisible à l’oeil) susceptibles d’arracher des électrons aux atomes et modifiant, une fois encore, la structure des molécules.

Les conséquences de ces modifications moléculaires au sein d’un environnement biologique (la cellule) sont multiples et dépendent de très nombreux facteurs. La dynamique cellulaire est susceptible d’éliminer les molécules modifiées (un peu à la manière d’un écosystème qui se régénère suite à une pollution), de sorte que le fonctionnement de la cellule n’est pas affecté. Il se peut également que le fonctionnement de la molécule soit perturbé et cela induit divers symptômes. On distingue deux types d’effets de la radioactivité sur un organisme vivant selon la dose auquel l’organisme a été soumis : les effets à court terme dans le cas des contamination intense et les effets à long terme dans le cas des contaminations diffuse (faible exposition mais en plusieurs fois). Les premiers effets sont bien connus puisqu’ils ont pu être étudiés in situ lors d’explosions nucléaires ou dans l’industrie nucléaire. Les seconds sont plus difficiles à étudier car il faut un suivi des personnes exposées sur plusieurs années. D’autre part, nous sommes soumis à de la radioactivité naturelle en permanence et il est difficile de distinguer les différents facteurs inducteurs de pathologies.

Dommages infligés à l’ADN par des rayonnements © UCAR University of Michigan

Les effets immédiats relève d’une forme d’empoisonnement à la radioactivité, c’est à dire que les symptômes observés dépendent de la dose reçue par la personne. Contrairement à l’activité radioactive d’une source qui est facile à mesurer, la dose reçue est plus difficile à quantifier. La mesure physique se fait en Gray qui sont des joules par kilogramme. Il s’agit donc d’une mesure de l’énergie reçue par unité de masse. Cette unité n’est pas très pertinente pour mesurer les conséquences biologiques d’une exposition à la radioactivité car de nombreux paramètres entrent en jeu : nature du rayonnement (α, β, γ ou X), nature des tissus exposés, etc. Deux nouvelles grandeurs ont donc été inventées pour « lisser » tout cela : la dose équivalente et la dose efficace. La dose équivalente prend en compte la nature du rayonnement (la radioactivité α a plus de conséquences que la β par exemple, rappelez-vous : les particules α sont grosses et font beaucoup de dégât). La dose efficace prend également en compte la nature des tissus affectés.

La différence est de taille entre ces deux grandeurs : pour une même dose d’exposition aux particules α, une ingestion de poussières radioactives a des conséquences désastreuses pour l’organisme alors qu’une exposition extérieure (par la peau) a de faibles conséquences puisqu’une fraction de millimètres de tissus humaines suffisent à arrêter le rayonnement. Cependant, nous n’allons pas rentrer dans ces considérations et nous allons explorer les effets de la radioactivité en supposant que c’est l’ensemble de l’organisme qui est exposé aux radiations. L’unité dans lequel s’exprime ces grandeurs est le Sievert (Sv) (on utilisait autrefois le rem : 1 Sv=100 rem) :

• Pour une dose de 1 Sv à 2 Sv reçue en une seule fois, des effets commencent à être ressenti : nausées, perte des cheveux mais ceux-ci disparaissent quelques temps après l’exposition et aucune maladie à court terme n’est développée. Ces symptômes sont bien connues des personnes qui suivent une radiothérapie.
• A partir de 3 Sv, le risque de mortalité est de 50 % dans les 60 jours (cela veut dire que la moitié des personnes qui ont été soumises à de telles radiations sont mortes dans les 60 jours). Cete dose est connue dans le monde médicale sous la dénomination DL50 (Dose létale 50 : 50 % des sujets exposés à cette dose de substances toxique sont décédées).
• Au-delà de 10 Sv, les dommages sont irréversibles avec paralysie dans les heures qui suivent l’exposition et des chances de survie infimes.

Dans notre environnement quotidien, nous ne sommes jamais exposés à de telles doses (voir la carte ci-dessous). La radioactivité ambiante en France est telle que la dose reçue annuellement est en moyenne de 3 à 4 millièmes de Sv. Cette valeur est une moyenne qui prend en compte par ordre d’importance le Radon, gaz radioactif d’origine naturelle issu de la désintégration de l’uranium présent dans la croûte terrestre (40%), la médecine nucléaire (30%), la radioactivité naturelle de la terre (10%), les rayonnements cosmiques (10%) et notre propre radioactivité interne liée au potassium 40 et au carbone 14 (10%). Les effets à court terme de la radioactivité ne sont donc observés que dans des cas extrêmes : radiothérapie, accidents nucléaires (du type Tchernobyl) et explosions militaires. La carte ci-dessous montre la radioactivité naturelle d’origine tellurique (provenant de la terre) en mSv/an: