De Tchernobyl à Fukushima

les effets de la radioactivité

4 février 2014

André Aurengo

• Administrateur d’EDF de 1999 à 2009

• Président du comité d’éthique d'EDF de 2001 à 2009

• Président du conseil médical d'EDF depuis 1994

• Chef du service de médecine nucléaire GHPS

la découverte de la radioactivité

1896 Henri Becquerel découvre les rayons uraniques

1898 les Curie découvrent le polonium et le radium les rayons uraniques sont une propriété des atomes Marie Curie l’appelle radioactivité

1899 Ernest Rutherford découvre les émissions alpha et bêta

1903 Marie Curie, Pierre Curie et Henri Becquerel Prix Nobel de physique

1934 décès de Marie Curie d’une leucémie radioinduite

premières applications médicales

1900 - 1901

Otto Walkhoff, Fritz Giesel et Pierre Curie

montrent l’action du radium sur la peau

1901

Henri-Alexandre Danlos et Pierre Curie

utilisent le radium pour le traitement du lupus

puis de cancers cutanés

l’accident de Tchernobyl

RBMK

« grand réacteur à eau bouillante »

des erreurs de conception

• pas d’enceinte de confinement

• barres de contrôle passives

• coefficient de vide > 0

• graphite combustible

• ni recombineur H2 ni filtre à sable ni piège à iode

une « expérience » invraisemblable

• explosion de la cuve par surpression

une contamination majeure très étendue

• projections à plusieurs km d’altitude

• incendie du graphite

• vents dominants vers le nord et l’ouest

Tchernobyl : 26 avril 1986

retombées de Tchernobyl

l’accident de Fukushima

10

REB : réacteur à eau bouillante

enceinte

de confinement

condenseur

turbine

génératrice

réacteur à

eau bouillante

Fukushima Piscine

Réacteur

12

La centrale de Fukushima Daiichi

des erreurs de conception

• niveau de construction trop bas

• groupes électrogènes inondables

• sous-estimation des séismes et raz-de-marée

• ni recombineur H2 ni filtre à sable ni piège à iode

un catastrophe naturelle dramatique

• séisme : perte des alimentations extérieures

• raz-de-marée : perte alimentations de secours

• échauffement Zr libère de l’hydrogène H2

• explosions H2 en dehors de la cuve

une contamination majeure plus localisée

• projections à faible altitude

• vents dominants vers le Pacifique

14

Magnitude 8,9

le séisme

du 11 mars

arrêt automatique

des réacteurs 1 à 3

perte du réseau électrique

15

le raz-de-marée du 11 mars perte des moyens de secours

plus de refroidissement : réacteurs & piscines

16

réacteur 3

Fukushima

vent NO les

15 et 16 mars

rejets liquides retombées atmosphériques

Fukushima : contamination marine 4 / 4 / 2011

PBq

1015 Bq

Tchernobyl

Unscear

Fukushima

IRSN

gaz rares

(Xe133) 7000 2000

iode 131 1800 130 - 150

césium 137 85 6 - 12

becquerels, sieverts, dose… ?

unités

activité : désintégrations par seconde

• becquerel Bq : 1 désintégration / seconde

• curie Ci : 37 x 10 9 Bq (37 GBq)

dose absorbée :

• énergie absorbée / masse de matière

• gray Gy : 1 joule / kilogramme

dose efficace : indicateur du risque global

• Sommeorganes dose absorbée x WR x WT

• sievert Sv

facteur de pondération radiologique WR

mœlle osseuse 0,12

thyroïde 0,04

corps entier 1,00

facteur de pondération tissulaire WT

RX, ß et g 1

et noyaux lourds 20

dose efficace unité additive adaptée aux besoins de la radioprotection

# proportionnelle au risque aléatoire > 200 mSv

sans valeur probabiliste aux faibles doses

ne tient compte ni du débit de dose, ni de l ’âge

activités

10.000 Bq : un homme de 83 kg (C 14 & K 40)

800 Bq : un kilo de briques

50 Bq : un litre de lait

15 Bq : un litre d’eau de mer

100 Bq : un mètre cube d’air (10 à 400 radon)

doses efficaces 10.000 mSv : irradiation aiguë globale / mort rapide

700 mSv : irradiation aiguë globale / signes cliniques

5 - 30 mSv : scanner RX

5 mSv : irradiation annuelle à Clermont-Ferrand

2,5 mSv : irradiation annuelle à Paris ou à Tours

1 mSv : irradiation annuelle moyenne médicale

corps humain 9 % tellurique 12 % r. cosmiques 10 % radon 37 % médical 29 % essais nucléaires 2,5 % industrie 0,5 %

irradiation naturelle renforcée médicale retombées

les risques déterministes • précoces

• liquidateurs de Tchernobyl

• intervenants de Fukushima

risques déterministes

• précoces

• ne se produisent jamais si la dose < Dseuil min

• se produisent à coup sûr si la dose > Dseuil max

• gravité croît avec la dose

probabilité

Gy

• prodromes nausées, vomissements, diarrhée, fatigue, malaises

• > 20 Sv syndrome nerveux (2 j) convulsion, coma, mort

• latence

• > 3 Sv syndrome hématopoïétique (10 j) lymphopénie, leucopénie, thrombopénie, anémie

• > 10 Sv syndrome gastro-intestinal (5 j) vomissements, diarrhée, hémorragie digestive, mort

irradiation aiguë globale Syndrome Aigu des Rayonnements (SAR)

irradiations aiguës locales

gonades • stérilité définitive

• homme > 4 Gy

• femme > 3 Gy

cristallin • opacités > 1 Gy

• cataracte > 5 Gy

• érythème # 5 Gy

• > 20 Gy épidermite exsudative

• > 30 Gy radionécrose

peau

embryon et fœtus

malformations non héréditaires

• seuil # 100 - 200 mGy

• risque maximal : 9° jour - 9° semaine

• malformations spontanées # 3 %

retard mental

• seuil 100 - 200 mGy

• 1 Gy : - 30 points de QI

cancer

• risque aléatoire

malformations héréditaires

• drosophile, souris

• jamais observées dans l’espèce humaine

effets déterministes : Tchernobyl Rapport UNSCEAR 2011

liquidateurs de Tchernobyl

• 237 syndromes aigus des rayonnements (SAR)

• 134 hospitalisés, 28 décès en qq semaines

parmi les 237 SAR, en 2006

• 33 décès supplémentaires

• dont 11 décès par cancers

effets déterministes : Fukushima MEXT, TEPCO, gouv japonais

intervenants de Fukushima

• effectifs # 8 000 - 10 000

• limite de dose établie à 250 mSv

• 111 doses > 100 mSv

• 9 doses > 200 mSv

contamination de la peau

ni SAR ni brûlure radiologique

contamination thyroïdienne (iodes)

• 6 doses > 250 mSv

• séisme, raz-de marée, conditions de travail

les risques aléatoires • tardifs

• liquidateurs de Tchernobyl

• intervenants de Fukushima

• populations exposées

• tardifs

• faibles ou fortes doses

• probabilité augmente avec la dose

• gravité indépendante de la dose

• cancérogenèse

• malformations congénitales héréditaires (?)

risques aléatoires (stochastiques)

Source: Kato&Shimizu in: effects of A-bomb

Radiation on the Human Body

lésions de l’ADN

métabolisme oxydatif

• cassures simple brin

3 000 / j / cellule

• lésions de base

3000 / j / cellule

• cassures double brin

8 / j / cellule

cassure

simple brin

dimérisation

site abasique

modification

de base

T

T A

A X

C

cassure double brin

pontage ADN-protéine

coupure de chaîne

• ionisations

• radicaux libres très réactifs

H2O2 ou peroxydes RO2

lésions

de l’ADN

signalisation

rayonnement

ionisant

apoptose

cancer

radioinduit

mutations

réparation

fautive

intégrité

génomique

réparation

fidèle

mort

mitotique

pas de

réparation

lésions initiales proportionnelles à la dose • 1 mGy entraîne

1 CSB / cellule 1 CDB / 25 cellules

mécanismes de défense fortement non linéaires • différents à faible et à forte dose

• proportionnellement plus efficaces à faible dose

• leur mise en œuvre dépend de la dose et du débit de dose

la cellule n’est pas isolée et se défend

études épidémiologiques ou sur l’animal • pas d’augmentation significative des cancers < 100 mSv

une défense au moindre coût

très faible dose (quelques mGy) • les lésions complexes ne sont pas réparées

• mort mitotique

de quelques mGy à # 100 - 200 mGy

• mise en action de systèmes de réparation

• leur efficacité diminue avec la dose

• les lésions simples sont réparées

• les lésions complexes conduisent à l’apoptose

au delà de 100 - 200 mGy

• réparation impérative pour la fonction tissulaire

• lésions complexes réparées avec risque d’erreur

• la cancérogénicité augmente

• le risque de cancer est le prix de la réparation

évaluation du risque des faibles doses

excès de risque relatif

exposition

effets avérés

0

X

ERR

• linéaire sans seuil

effets hypothétiques

ERR

• quadratique

• hormésis

• réglementation

excès de risque relatif

exposition

0

100 mSv

élimination réparation prolifération

P. Duport. Int J Low Rad. 2003

méta-analyse sur ensemble expériences publiées

# 60 000 souris

hormesis : 40 % des séries expérimentales

pour des doses # 200-250 mSv

existence hormesis

Portess D. Cancer Res. 2007

Low-dose irradiation of nontransformed cells

stimulate the selective removal of precancerous

cells via intercellular induction of apoptosis

la règle de trois m’a tuer !

les radiographies seraient responsables chaque année • de 700 cancers au Royaume Uni • de 6000 cancers aux USA • de 7600 cancers au Japon !

Lancet 2004

faible dose x effectif considérable x ERR forte dose = ?

Etude rétrospective scanner de l’enfant.

Pearc MS et al. Lancet 2012

• dose cumulée 50 mGy : risque leucémie x 3

• dose cumulée 60 mGy : risque cancer du cerveau x 3

TDM enfant

pièges épidémiologiques

• motif de l’examen

• estimation rétrospective de la dose

• biais d’anamnèse

• dosimétrie incertaine

• incertitude non prise en compte dans l’analyse

mutation BRCA1/2

Mammographie et risque de cancer du sein chez les femmes porteuses d’une mutation BRCA 1/2. Etude rétrospective

Pijpe A et al. BMJ 2012

• étude cas-témoins rétrospective

• risque de cancer du sein chez les femmes HR

• augmenté par l’exposition diagnostique aux RX

• dose > 17,4 mGy : RR = 3.84 [1.67 to 8.79]

pièges épidémiologiques

• motif de l’examen

• estimation rétrospective de la dose

• biais d’anamnèse

• dosimétrie incertaine

• incertitude non prise en compte dans l’analyse

• 1 mGy = 6 mois à La Paz ou 10 jours à Espirito Santo

mutation BRCA1/2

Cassures double brin de l’ADN dues aux mammographies Colin C, Foray N et al. Int J Rad Biol 2011

• exposition cellules mammaires : 2, 4, 2+2 mGy

• CDB (haut risque) > CDB (faible risque)

• CDB (2+2 mGy) > CDB (4 mGy)

le vrai problème est le devenir des cellules lésées

Absence de réparation des CDB de l’ADN de

cellules humaines exposées à de très faibles doses

de RI

Rothkamm K & Lobrich M. PNAS 2003

• exposition cellules 1 mGy

• pas de division : persistance des DSB

• divisions induites : disparition des cellules DSB

mesures de protection en cas d’accident

Tchernobyl : mesures de protection

• pas de confinement

• évacuations tardives

• iode stable très tardif

• carence iodée # 70 µg/j

cancer thyroïdien radioinduit de l ’adulte

faible radiosensibilité

- taux de prolifération très faible

- faible capacité de régénération (nb de divisions)

- pas d’augmentation significative du risque de cancer

la pathologie thyroïdienne nodulaire et cancéreuse - nodules > 40 % des femmes > 40 ans > 50 % des sujets > 60 ans

- cancer thyroïdien occulte : 6 à 28 % des adultes !

- incidence apparente liée au dépistage

relation dose-effet - enfants d'age inférieur à 15 ans - dépendante du débit de dose - survenue montrée à partir de 100 mGy à la thyroïde

cancer thyroïdien radioinduit de l ’enfant

délai de survenue - les plus précoces : 3 ans après l'irradiation - pic d ’incidence : 15 à 25 ans après l'irradiation - pas de limite connue pour les cas tardifs

sex-ratio - prédominance féminine 3 : 1

histologie - papillaires - multifocaux (50 %)

effets aléatoires Tchernobyl UNSCEAR 2011

• # 7000 cancers de la thyroïde (< 18 ans)

• doses moyennes à la thyroïde # 500 mGy

• 20 décès

• pas observé chez les adultes

• ni leucémies ni autres cancers en excès

• pas d’excès d’autres pathologies

cancers thyroïdiens enfants de moins de 17 ans lors de l'accident

< 10 ans : 98 % < 5 ans : 80 %

confinement, évacuations • mesures de confinement • évacuation sur 3, 10 puis 20 km • # 100 000 personnes

Fukushima : mesures de protection

restrictions alimentaires • épinards, kanina, lait, eau

distribution d’iode stable • 1 500 000 comprimés disponibles le 15 mars • prise ? quand ?

dose thyroïde enfant 1 an (IRSN)

• Fukushima < 10 mGy

• Tokyo < 1 mGy

populations exposées

mesures par les autorités japonaises • 1200 enfants contrôlés

• doses engagées maximales 1 à 2 mGy

• étude en cours sur CTD enfants

régime iodé élevé • algues, poissons

• jusqu’à 1200 µg d’iode / jour (# 50 en Ukraine)

dose totale

externe + interne

nombre

d’intervenants

> 250 mSv 6

200 - 250 mSv 3

100 - 200 mSv 102

50 - 100 mSv 321

20 -50 mSv 909

10 - 20 mSv 1196

< 10 mSv 4265

intervenants • contamination revue à la hausse (juillet 2011)

• importance relative de la contamination interne ?

• incidence cancer radioinduit # 4 % par sievert

les risques « psycho-sociaux » • à court et long terme

• liquidateurs, intervenants

• populations exposées

effets psycho-sociaux : Tchernobyl

• très lourds

• communication # nulle

• 115 000 évacués

• des milliers d’évacuations non justifiées

• sinistroses, addictions, chômage

• baisse de fécondité, IVG

• désorganisation du système de santé

effets psycho-sociaux : Fukushima

• contexte dramatique

• séisme & tsunami : 23 000 morts ou disparus

• zones dévastées, habitations détruites

• 100 000 évacués du fait de l’accident nucléaire

• désorganisation du système de santé

• 500 km2 à décontaminer (points chauds) ?

• communication très médiocre

• mise en place suivi épidémiologique

seuil d’évacuation CIPR

20 mSv / an

économies nationales 2008

Ukraine Japon

population 46 M 128 M

PIB total 356 Md$ 4 170 Md$

PIB par habitant 7 637 $ 32 647 $

espérance vie 67,9 ans 82,6 ans

livres publiés / an 6 282 67 522

séisme & tsunami 297 Md$

accident nucléaire 70 - 245 Md$

conclusion

l’accident de Fukushima

conclusion Fukushima

une catastrophe • naturelle

• industrielle et économique • écologique

23 000 morts du séisme et du raz-de-marée

morts secondaires à la radioactivité ?

gestion de l’après-crise • évacuations a bon escient

• surveillance intervenants - populations

• surveillance environnement - alimentation • accompagnement psycho-social • décontamination et réhabilitation des sols

retour d’expérience mondial • séismes, raz-de-marée • perte des circuits de refroidissement