i. de la source À l’homme -...

CLEFS CEA - N° 48 - ÉTÉ 2003 3

Si l’on part de la source, le premier objectif des recherches en toxicologie nucléaire est de décrire, de manière toujours plus précise, les mécanismes de transfert des agents toxiques– radionucléides ou métaux lourds et métalloïdes – entre le milieu externe et l’organismevivant, de la bactérie à l’homme, de la géosphère à la biosphère. En dehors de l’irradiationexterne directe, c’est par le biais de l’air, de l’eau ou de l’alimentation que l’homme peut setrouver exposé, via les différentes voies de pénétration dans l’organisme que sont l’inhalationet l’ingestion, voire la blessure.Il s’agit là d’un domaine de recherche particulièrement multidisciplinaire, puisqu’il mobilise de nombreuses compétences, celles des chimistes, des physico-chimistes, des biochimistes et des biologistes, en passant par des écotoxicologues. Autant de spécialistes qui, chacundans leur domaine, comme par exemple pour l’étude des cycles biogéochimiques quiimpliquent les organismes dans leur environnement, doivent aussi se faire modélisateurs et numériciens pour comprendre et traduire les mécanismes en cause.L’étude du transfert du sol vers les plantes constitue à l’évidence un volet particulièrementimportant puisque ce transfert peut être à l’origine de la contamination par des polluants de la chaîne alimentaire de l’homme.Celle du transfert vers l’animal présente de son côté un double intérêt, parce que: d’une partl’animal est à la source de produits dérivés essentiels à l’alimentation humaine (lait, viande,œufs, etc.) et, d’autre part, il fournit des modèles de mécanismes biologiques et demétabolismes qui donnent des indications sur leurs équivalents humains.Lors de l’étude de ces transferts, il est indispensable de pouvoir “suivre à la trace” le devenirdes toxiques en cause et d’identifier les différentes formes qu’ils sont susceptibles d’adoptersuccessivement entre la source et l’homme. Pour déterminer cette spéciation des toxiques,tant physico-chimique que biologique, les outils théoriques comme les méthodes et leséquipements analytiques ont fait des progrès considérables ces dernières années.

I. DE LA SOURCE À L’HOMME

CLEFS CEA - N° 48 - ÉTÉ 20034

De la source à l’homme

Soumis depuis toujours aux rayonnements dans lesquels baigne sa planète, l’homme doit surtout à la médecine d’être aujourd’hui également exposé à une irradiationsupplémentaire, bien plus qu’aux autres applications, tant civiles que militaires, de l’énergienucléaire. Des radionucléides, présents dans tous les compartiments de son environnement,peuvent par ailleurs parvenir jusqu’à lui par l’air, l’eau ou les aliments. L’étude des voiesd’absorption par l’organisme humain complète donc celle de leur transfert, chez les plantescomme chez les animaux, dans les recherches visant à maîtriser cette exposition.

Les voies d’exposition

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Présents dans tous les compartiments de l’environnement, les radionucléides, qu’ils soient d’origine naturelle ou artificielle,sont entraînés dans la circulation générale de l’atmosphère et de l’hydrosphère. Les radionucléides émis sous forme de gaz et de particules solides ou liquides très fines se répartissent dans l’air puis se déposent sur le sol et sur les végétaux.

Des radionucléides dans tous les compartiments de l’environnement

L’ irradiation que subit l’homme sur Terre est duepour plus de 85 % à la radioactivité naturelle

d’origine tellurique et au rayonnement cosmique.À cette composante s’ajoute la contribution anthro-pique,qui résulte des applications médicales des rayon-

nements ionisants et de l’industrie nucléaire civile oumilitaire (encadré A,Radioactivité naturelle et radio-activité artificielle, p. 6; tableaux 1 et 2).Si l’exposition aux rayonnements naturels s’effectueen partie de manière externe pour près de 36%,lorsquela source d’exposition est en dehors de l’organisme,l’exposition interne (64% de la dose naturelle) impliquele transfert des radionucléides jusqu’à l’homme, leurabsorption et leur incorporation (encadré B,Les voiesd’atteinte de l’homme, p. 13). Ces apports en radio-nucléides découlent principalement des interactions del’homme avec son environnement,à travers les compar-timents que sont l’air, l’eau et l’alimentation. Outre leséléments tels que le carbone et le potassium, indispen-sables à la vie humaine et qui induisent donc une radio-activité incontournable pour les organismes vivants(un être humain d’environ 70 kg contient près de4500 becquerels (Bq) de potassium 40 et 3700 Bq decarbone14),l’alimentation véhicule aussi de nombreuxautres radionucléides naturels,notamment l’uranium,le thorium et leurs descendants (tableaux 3 et 4).L’air respiré conduit également à l’inhalation de gazradon, produit de filiation de l’uranium et du radium,en particulier dans les régions granitiques, ou à celle de

Air, eau et alimentation

source du rayonnement dose annuelle moyenne part par habitant (mSv) approximative (%)

bruit de fond naturel 2,4* 85,5(rayonnements cosmiques

et telluriques)examens médicaux 0,4** 14,2

conséquences des essais nucléaires atmosphériques 0,005 0,2

anciensaccident de Tchernobyl (1986) 0,002 0,07

(hémisphère Nord)production d’énergie 0,0002 0,007d’origine nucléaire

Tableau 1. Dose annuelle derayonnements ionisantsd’origines naturelle et artificielle estiméepour l’année 2000 au niveau mondial. (Rapport UNSCEAR 2000).

* les variations de l’exposition naturelle sont importantes, comprises entre 1 et 100 mSv/an.

** dans les pays industrialisés, l’exposition médicale, liée essentiellement aux doses reçueslors d’examens diagnostiques, dépasse en moyenne 1 mSv/an.


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particules minérales entraînées par le vent et contenantnaturellement de l’uranium, du thorium et du potas-sium 40. À titre d’exemple, en France, la concentrationdu radon dans les habitations est ainsi estimée en moyenneà 90 Bq/m3 d’air, mais peut fluctuer largement suivantles régions et d’une habitation à l’autre de 1 à environ5000 Bq/m3. Ces émanations de radon contribuent àprès de la moitié de la dose annuelle d’origine tellurique.

Différentes sources de radioactivité pour divers types de transfert

Les radionucléides se trouvent de façon ubiquiste danstous les compartiments de l’environnement. Quelleque soit leur forme physique, ils sont entraînés dansles mouvements de l’air et de l’eau autour de la planète,sous forme de gaz et d’aérosols dans la circulationgénérale de l’atmosphère, et sous forme d’espècesdissoutes, particulaires et colloïdales dans l’écoule-ment des nappes souterraines, des rivières et dans lacirculation océanique.Cette circulation tend à homo-généiser la distribution des radionucléides et les dilue.Cependant, les radionucléides sont aussi soumis,depuis l’atmosphère, à des dépôts sur le sol et, dans

Tableau 4. Concentrations (activités)moyennes mondiales des radionucléides dans les produits alimentaires(mBq/kg) (Rapport UNSCEAR 2000).

Tableau 2.Origine et part relative des

doses annuelles moyennes auniveau mondial de

rayonnements reçues parl’homme, issues

de sources naturellesd’irradiation.

(Rapport UNSCEAR 2000).

Tableau 3.Concentration (activité) des radionucléides naturels dans l’airau niveau mondial. (Rapport UNSCEAR 2000).

aliments uranium 238 (238U) radium 226 (226Ra) plomb 210 (210Pb) thorium 232 (232Th)

produits laitiers 1 5 15 0,3viandes 2 15 60 1

légumes verts 20 50 80 15fruits et légumes 3 30 40 0,5

poissons 30 100 200 10eaux de boisson 1 0,5 5 0,05

(mBq/L)

radionucléide activité dans l’air (mBq/m3)

tritium (3H) 1,4béryllium 7 (7Be) 12,5carbone 14 (14C) 56,3

uranium 238 (238U) 0,001uranium 235 (235U) 0,00005uranium 234 (234U) 0,001plomb 210 (210Pb) 0,5

thorium 232 (232Th) 0,0005thorium 230 (230Th) 0,0005thorium 228 (228Th) 0,001radium 228 (228Ra) 0,001radium 226 (226Ra) 0,001

rayonnements cosmiques rayonnements telluriques

24 % par exposition externe(sol, roches, etc.)

63 % par inhalation0,4 mSv/an 2,0 mSv/an (particules uranifères

(17 %) (83 %) et thorifères, radon, etc.)13 % par ingestion

(particules uranifèresthorifères, potassium 40, etc.)

l’hydrosphère(1), à la précipitation ou à la sédimenta-tion. Ils peuvent donc s’accumuler localement.Il existe d’autres apports à la distribution globale desradionucléides. Ils ont pour origine des effets naturels,comme par exemple l’éruption d’un volcan, ou l’uti-lisation technologique de la radioactivité par l’homme.Toutes les activités anthropiques correspondent à dessources ponctuelles qui produisent un marquage del’environnement le plus souvent local.En général, les scientifiques ne cherchent à modéliserle transport des radionucléides dans l’environnement

Ces données ne rendent pas compte de l’extrême disparité des teneurs mesurées localement. À titre d’exemple, les teneurs enuranium 238 dans les eaux de boisson peuvent varier en Finlande de 0,5 à 150 000 mBq/L. En France, elles s’étendent de 4,4 à930 mBq/L (à titre comparatif, la concentration de l’uranium 238 dans l’eau de mer est de 30 mBq/L). La teneur en radium 226d’eaux minérales françaises peut fluctuer de 30 mBq/L à près de 2 000 Bq/L suivant l’origine, et en particulier les terrainsparcourus par les eaux.

(1) Hydrosphère : ensemble des compartiments contenant del’eau sur la Terre (lacs, fleuves, mers, océans).

Éruption du mont St-Helens, État de Washington (États-Unis).Une éruption volcanique contribue à augmenter ladistribution globale des radionucléides dansl’environnement.



Tout ce qui se trouve à la surface de la Terre a toujours été soumis

à l’action de rayonnements ionisantspro-venant de sources naturelles. L’irradiationnaturelle, qui représente près de 85,5%de la radioactivité totale (naturelle et arti-ficielle), est due, pour plus de 71%, auxrayonnements telluriques et, pour envi-ron 14,5%, aux rayonnements cosmiques.Les radionucléides formés par inter-action des rayonnements cosmiques,issus des étoiles et surtout du Soleil,avec les noyaux des éléments présentsdans l’atmosphère (oxygène et azote)sont, dans l’ordre d’importance desdoses (encadré F, Des rayonnements auxdoses, p. 66) qu’ils engendrent pourl’homme: le carbone 14, le béryllium 7,le sodium 22 et le tritium (hydrogène 3).Ces deux derniers entraînent des dosesextrêmement faibles.Le carbone 14, de période 5730 ans, seretrouve dans l’organisme humain. Sonactivité par unité de masse de carbonea varié au cours du temps: elle a diminuéavec les rejets de gaz carbonique prove-nant de la combustion des combustiblesfossiles puis augmenté avec les essaisnucléaires atmosphériques.Le béryllium 7, de période 53,6 jours,se dépose sur les surfaces foliairesdes végétaux et pénètre par ingestiondans l’organisme humain (encadré B,Les voies d’atteinte de l’homme, p. 13).Environ 50 Bq (becquerels) par an debéryllium 7 sont ainsi ingérés.Les principaux radionucléides dits“primordiaux” sont le potassium 40,l’uranium 238 et le thorium 232. Avecleurs descendants radioactifs, ces élé-ments sont présents dans les roches,les sols et dans beaucoup de matériauxde construction. Leur concentration estgénéralement très faible mais elle estvariable selon la nature des roches. Lesrayonnements gamma émis par cesradionucléides constituent le rayon-nement tellurique qui entraîne une

Radioactivité naturelle et radioactivité artificielle

A

exposition externe de l’organisme. Lesradionucléides primordiaux et beau-coup de leurs descendants à vie longuese retrouvent également à l’état detraces dans les eaux de boisson et lesvégétaux: d’où une exposition internepar ingestion à laquelle peut s’ajouterune faible exposition par inhalationaprès une remise en suspension dansl’air par les poussières.Émetteur bêta et gamma de période1,2 milliard d’années, le potassium 40n’a pas de descendants radioactifs.Présent à raison de 0,0118 % dans lepotassium naturel, cet isotope radio-actif pénètre dans l’organisme humainpar ingestion. La masse de potassiumnaturel dans le corps humain est indé-pendante de la quantité ingérée.Émetteur alpha de période 4,47 milliardsd’années, l’uranium 238 a treize prin-cipaux descendants radioactifs émet-teurs alpha, bêta et gamma, dont leradon 222 (3,82 jours) et l’uranium 234(0,246 million d’années). L’uranium 238avec ses deux descendants, le tho-rium 234 (24,1 jours) et le protactinium234m(1) (1,18 minute), et l’uranium 234sont essentiellement incorporés paringestion et se concentrent majoritai-rement dans les os et les reins. Le tho-rium 230, engendré par l’uranium 234,est un émetteur alpha de période80000 ans. C’est un ostéotrope, maisil pénètre surtout par la voie pulmo-naire (inhalation). Le radium 226,descendant du thorium 230, est unémetteur alpha de période 1 600 ans.C’est également un ostéotrope et sonapport à l’organisme dépend avant toutde sa présence dans l’alimentation.Un autre ostéotrope, le plomb 210(22,3 ans), est incorporé par inhalationet surtout par ingestion.Émetteur alpha de période 14,1 milliardsd’années, le thorium 232 compte dixprincipaux descendants radioactifs émet-teurs alpha, bêta et gamma, dont le

radon 220 (55 secondes). Le thorium 232pénètre surtout dans l’organisme parinhalation. Le radium 228, descendantdirect du thorium 232, est un émetteurbêta et a une période de 5,75 ans. Sonapport à l’organisme est essentielle-ment dû à l’alimentation.Le radon, descendant radioactif gazeuxde l’uranium 238 et du thorium 232,émane du sol et des matériaux de cons-truction et constitue avec ses descen-dants à vie courte émetteurs alpha unesource d’exposition interne par inha-lation. Le radon représente la sourcela plus importante de l’irradiation natu-relle (de l’ordre de 40 % de la radioac-tivité totale).L’organisme humain contient près de4500Bq de potassium 40, 3700 Bq decarbone 14 et 13 Bq de radium226, essen-tiellement apportés par l’alimentation.À l’irradiation naturelle s’ajoute la compo-sante due aux activités humaines, quirésulte des applications médicales desrayonnements ionisants et dans unemoindre mesure de l’industrie nucléaire.Elle représente environ 14,5 % de laradioactivité totale au niveau global,beaucoup plus dans les pays les plusdéveloppés. Dans le domaine médical(plus de 1 mSv/an en moyenne enFrance), l’irradiation par des sourcesexternes est prépondérante: radiodia-gnostic (rayons X) et radiothérapie, quiaprès avoir utilisé des sources de césium137 et de cobalt 60, est réalisée de plusen plus souvent des accélérateurs linéai-res. L’irradiation par des voies internes(curiethérapie par iridium 192) a desindications plus restreintes (cancerdu col de l’utérus par exemple). Lespropriétés métaboliques et physico-chimiques d’une vingtaine de radionu-cléides sont utilisées pour des activitésmédicales et en recherche biologique.Les applications médicales en sont,d’une part, les radiodiagnostics (scin-tigraphies et radio-immunologie) et,


d’autre part, les traitements, parmi les-quels ceux de pathologies de la thyroïdepar l’iode 131, la radio-immunothérapiedans certaines maladies hématolo-giques (phosphore 32) ou le traitementde métastases osseuses par du stron-tium 89 ou des phosphonates marqués,à côté d’autres utilisations de produitsradiopharmaceutiques. Parmi les radio-nucléides les plus employés: le tech-nétium 99m(1) de période 6,02 heureset le thallium 201 de période 3,04 jours(scintigraphie), l’iode 131 de période8,04 jours (traitement de l’hyper-thyroïdie), l’iode 125 de période 60,14jours (radio-immunologie), le cobalt 60de période 5,27 ans (radiothérapie),l’iridium 192 de période 73,82 jours(curiethérapie). La contribution des exa-mens radiologiques à la radioactivitétotale représente en moyenne 14,2%.Les anciens essais nucléaires dansl’atmosphère ont engendré des retom-bées sur l’ensemble du globe et ont donnélieu à une exposition des populations età une contamination de la chaîne ali-mentaire par un certain nombre de radio-nucléides, dont la plupart ont aujourd’huicomplètement disparu, étant donné leurpériode radioactive. Subsistent le césium137 (30 ans), le strontium 90 (29,12 ans),partiellement le krypton 85 (10,4 ans)et le tritium (12,35 ans), et les isotopesdu plutonium (période de 87,7 ans à24100 ans). Actuellement, les doses cor-respondant aux retombées de ces essaissont essentiellement imputables auxproduits de fission (césium 137) et aucarbone 14, loin devant les produitsd’activation et le plutonium.Lors de l’accident de Tchernobyl(Ukraine), survenu en 1986, la radioac-tivité totale rejetée dans l’atmosphèrea été de l’ordre de 12 milliards de

milliards de becquerels sur une duréede 10 jours. Des radionucléides appar-tenant à trois catégories ont été dissé-minés. La première est constituéedes produits de fission volatils tels quel’iode 131, l’iode 133 (20,8 heures),le césium 134 (2,06 ans), le césium 137,le tellure 132 (3,26 jours). La deuxièmecatégorie est composée par les produitsde fission solides et les actinides quiont été relâchés dans des proportionsbeaucoup plus faibles, en particulier lesisotopes du strontium (89Sr de période50,5 jours et 90Sr), les isotopes du ruthé-nium (103Ru de période 39,3 jours et106Ru de période 368,2 jours) et le plu-tonium 239 (24100 ans). La troisièmecatégorie se rapporte aux gaz rares qui,bien que représentant la majorité del’activité émise, se sont rapidementdilués dans l’atmosphère. Ce sont prin-cipalement le xénon 133 (5,24 jours) etle krypton 85.Les contributions des anciens essaisnucléaires atmosphériques et de l’acci-dent de Tchernobyl à la radioactivitétotale avoisinent respectivement 0,2%(0,005 mSv) et 0,07% (0,002 mSv).La production d’énergie d’originenucléaire, pour l’ensemble de son cycle,ne représente qu’environ 0,007% de laradioactivité totale. La quasi-totalité desradionucléides reste confinée dans lesréacteurs nucléaires et les installationsdu cycle du combustible. Dans un réac-teur nucléaire, les réactions ayant lieu ausein du combustible conduisent à la for-mation de transuraniens. L’uranium238,non fissile, peut capturer des neutrons,donnant notamment naissance à des iso-topes du plutonium (239Pu, 240Pude période6560 ans et 241Pu de période 14,4 ans) età de l’américium 241 (432,7 ans). Les pro-duits de fission les plus importants engen-drés lors des réactions de fission del’uranium 235 (704 millions d’années)et du plutonium 239 sont l’iode 131, lecésium 134, le césium 137, le strontium90

et le sélénium 79 (1,1 million d’années).Les principaux radionucléides présentsdans les rejets, s’effectuant dans un cadreréglementaire très strict, sont, pour lesrejets liquides, le tritium, le cobalt 58(70,8 jours), le cobalt 60, l’iode 131, lecésium 134, le césium 137 et l’argent110m (249,9jours). Pour les rejets gazeux,le carbone 14 est le radionucléide le plusfréquent, émis dans la plupart des cassous la forme de gaz carbonique. Pourl’ensemble des réacteurs dans le monde,la production totale de gaz carboniquecorrespond au dixième de la productionnaturelle annuelle d’origine cosmique.Par ailleurs, certains radionucléidesliés à la filière nucléaire présentent unetoxicité chimique (encadré D, Toxicitéradiologique et toxicité chimique, p. 32).

Scintigraphie conventionnelle réalisée auService hospitalier Frédéric Joliot (SHFJ). La gamma caméra permet d’obtenir uneimagerie fonctionnelle d’un organe aprèsadministration, le plus souvent par voieintraveineuse, d’un médicament radioactif(radiopharmaceutique) au patient. Les radionucléides utilisés sont spécifiques de l’organe étudié : par exemple, le technétium 99m pour les reins et les os, le thallium 201 pour le myocarde. Le radiopharmaceutique injecté émet de simples photons gamma captés par deux détecteurs plans qui sont placés à 180° ou à 45° selon l’examen.

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CEA

(1) m pour métastable. Un nucléide est dit métastable lorsqu’il existe un retard de transition entre l’état excité et l’état stablede l’atome.

(suite)A



que dans les cas dépassant le cadre naturel. La radio-activité ajoutée par les activités humaines est l’objetd’une attention particulière en termes de modélisa-tion physique et de simulation numérique.

Les mécanismes de transfert par l’air

L’atmosphère représente le premier milieu à traverslequel migrent les gaz et les aérosols. Émis par lescheminées des installations, les radionucléidesprésents sous ces formes physiques se répartissentdans l’air sous l’effet combiné de l’advection(2)

par le vent et de la dispersion turbulente(3). En outre, gaz et particules subissent un dépôt humide(par temps de pluie) et un dépôt sec sur le sol et surles végétaux.

Les mécaniciens des fluides étudient les écoulementsatmosphériques et le transport de particules et de gazdans l’air à l’aide de modèles physiques et de calculsde niveaux de complexité variables. Le choix d’uneméthodologie simple ou élaborée est guidé par la pré-cision du résultat et la rapidité d’obtention souhaitées.

Les mécanismes de transfert par l’eau

L’eau, dont la distribution est hétérogène dans les solset les roches,est un vecteur de transport important parceque potentiellement mobilisable rapidement,par oppo-sition aux sols et aux roches qui la contiennent.La dispersion ou la re-concentration des radionu-cléides dans l’eau dépend de nombreux paramètresphysiques et chimiques qui contrôlent leur compor-tement en solution et leurs interactions avec les phasessolides.La perméabilité des milieux hydrogéologiques,la composition de l’eau et la présence de colloïdes ensont les facteurs les plus déterminants. La migrationdes radionucléides est ainsi retardée par rapport àl’eau. Ce retard, qui varie en fonction de la nature desradionucléides, de leur forme physico-chimique etdu milieu les renfermant, produit des fractionne-ments chimiques et isotopiques. La mesure de ceretard et de ces fractionnements va renseigner sur lesmécanismes de transfert des radionucléides dansl’environnement.

> Xavier Machuron-Mandard, Patrick Armand et Éric Pili

Direction des applications militairesCEA centre DAM–Île de France

L’alimentation véhiculejusqu’à l’homme

de nombreux élémentsnécessaires à la vie, dont

certains radionucléidesd’origine naturelle.

En cas d’un rejetaccidentel de

radionucléides dansl’environnement,

la contamination de la chaîne alimentaire

constituerait unecomposante majeure

de l’exposition humaine.

Les chutes Havasu,Arizona (États-Unis).L’eau est un vecteur

de transport importantdes radionucléides, qui y circulent sousdifférentes formes

physico-chimiques. Leur comportement ensolution est régi par denombreux paramètres.

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(2) Advection : déplacement d’une masse de gaz (d’air en l’occurrence) dans le sens horizontal (par opposition à convection, dans le sens vertical).

(3) Turbulence : mode d’écoulement d’un fluide dans lequel se superpose au mouvement moyen un mouvementd’agitation aléatoire.

L’exposition de l’homme, c’est-à-direla mise en présence (par contact ou

non) de l’organisme et d’un agent chi-mique, physique ou radiologique, peuts’effectuer de manière externe ouinterne. Dans le cas des rayonnementsionisants, elle se traduit par un dépôtd’énergie sur tout ou partie du corps.Ils peuvent causer une irradiationexternedirecte lorsque le sujet se trouveplacé sur la trajectoire d’un rayonne-ment émis par une source radioactivesituée à l’extérieur de l’organisme.L’individu peut être atteint directementou après réflexion sur lessurfaces envi-ronnantes. L’irradiation peut être aiguëou chronique. Le terme de contamina-tion est employé en cas de dépôt dematières (en l’occurrence radioactives)sur des structures, des surfaces, desobjets ou, en l’occurrence, un organismevivant. La contamination radiologique,imputable à la présence de radionu-cléides, peut s’effectuer par voie

externe, à partir du milieu récepteur(air, eau) et des milieux vecteurs (sols,sédiments, couvertures végétales,matériels), par contact avec la peau etles cheveux (contamination cutanée),ou par voie interne lorsque les radio-nucléides sont incorporés soit parinhalation (gaz, particules) à partirde l’atmosphère, soit par ingestion,principalement à partir de produitsalimentaires ou de boissons (eau, lait),soit encore par pénétration (blessure,brûlure ou passage à travers la peau).Il est question d’intoxication lorsquec’est essentiellement la toxicité chi-mique qui est en cause.Dans le cas d’une contaminationinterne, la dose délivrée (appelée dose“engagée”) au sein de l’organisme,au cours du temps, est calculée sur50 ans pour l’adulte, et jusqu’à l’âgede 70 ans pour l’enfant. Les paramè-tres pris en compte pour le calcul sontles suivants : la nature, la quantité

incorporée de radionucléide (RN),la forme chimique du composé, lapériode effective(1) du RN dans l’orga-nisme (fonction de la période physiqueet de la période biologique), le type derayonnement, le mode d’exposition(inhalation, ingestion, blessure, pas-sage cutané), la répartition dans l’orga-nisme (dépôt dans des organes ciblesou répartition homogène), ainsi que laradiosensibilité des tissus et l’âge dusujet contaminé.Laradiotoxicité, enfin, est la toxicité dueaux rayonnements ionisants émis parun radionucléide inhalé ou ingéré. C’estd’un tout autre ordre d’idée que relèvela notion trompeuse de radiotoxicitépotentielle, qui est en fait un inventaireradiotoxique difficile à évaluer et enta-ché de nombreuses incertitudes.

(1) La période effective (Te) est évaluéecomme suit en fonction de la périodephysique (Tp) et de la période biologique(Tb) : 1 / Te = 1 / Tp + 1 / Tb.

Les voies d’atteinte de l’hommeB

Des rayonnements aux dosesF

La radioactivité est un processus parlequel certains nucléides naturels

ou artificiels (en particulier ceux crééspar fission, scission d’un noyau lourd endeux morceaux) subissent une désinté-gration spontanée, avec dégagementd’énergie, aboutissant généralement àla formation de nouveaux nucléides.Appelés pour cette raison radionucléi-des, ils sont instables du fait de leurnombre de nucléons (protons, d’unepart, neutrons, de l’autre) ou de leur étaténergétique. Ce phénomène s’accom-pagne de l’émission d’un ou de plusieurstypes de rayonnements, ionisants ounon et/ou de particules. Les rayonne-ments ionisants sont des rayonnementsélectromagnétiques ou corpusculairessuffisamment énergétiques pour ioni-ser sur leur passage certains atomesde la matière traversée en leur arra-chant des électrons. Ils peuvent l’êtredirectement (c’est le cas des particulesalpha) ou indirectement (cas des rayonsgamma et des neutrons).Le rayonnement alpha, formé de noyauxd’hélium 4 (deux protons et deux neu-trons), est très peu pénétrant. Il est arrêtépar une feuille de papier ou par les cou-ches superficielles de la peau. Son tra-jet dans les tissus biologiques ne dépassepas quelques dizaines de micromètres.Ce rayonnement est donc fortement ioni-sant, c’est-à-dire qu’il arrache facile-ment des électrons aux atomes dumatériau traversé, car ses particulescèdent toute leur énergie sur un faible

parcours. Pour cette raison, le risqueprésenté par les radionucléides émet-teurs alpha est celui d’une expositioninterne.Le rayonnement bêta, constitué d’élec-trons (radioactivité bêta moins) ou depositons (radioactivité bêta plus), estmoyennement pénétrant. Les particu-les émises par les émetteurs bêta sontarrêtées par quelques mètres d’air, unefeuille d’aluminium ou sur quelquesmillimètres d’épaisseur dans les tissusbiologiques. Ils peuvent donc traverserles couches superficielles de la peau.Le rayonnement gamma, composé dephotons de haute énergie peu ionisantsmais très pénétrants (plus que lesphotons des rayons X utilisés en radio-diagnostic), peut parcourir plusieurs cen-taines de mètres dans l’air. D’épaisécrans de béton ou de plomb sont néces-saires pour s’en protéger.Pour le rayonnement neutronique,l’interaction est aléatoire et, de ce fait,il n’est arrêté que par une forte épais-seur de béton, d’eau ou de paraffine.Non chargé électriquement, le neutronn’est en effet arrêté dans l’air que pardes noyaux d’éléments légers, noyauxdont la masse est proche de celle duneutron.La quantité d’énergie délivrée par unrayonnement se traduit par une dosequi est évaluée de différentes maniè-res, suivant qu’elle prend en compte laquantité d’énergie absorbée, son débitou ses effets biologiques:

• la dose absorbée est la quantitéd’énergie absorbée en un point par unitéde masse de matière (inerte ou vivante),selon la définition de la Commission inter-nationale des unités et des mesures radio-logiques (ICRU). Elle s’exprime en grays(Gy) : 1 gray correspond à une énergieabsorbée de 1 joule par kilogramme dematière. La dose absorbée à l’organe estobtenue en faisant la moyenne des dosesabsorbées en différents points, selon ladéfinition de la Commission internatio-nale de protection radiologique (CIPR);• le débit de dose, quotient de l’accrois-sement de dose par l’intervalle de temps,définit l’intensité d’irradiation (énergieabsorbée par la matière par unité demasse et de temps). L’unité légale estle gray par seconde (Gy/s), mais le Gy/mnest couramment utilisé. Par ailleurs,un rayonnement a une efficacité biolo-gique relative (EBR) plus grande qu’unautre lorsque l’effet obtenu pour unemême dose est plus important ou quandla dose nécessaire pour observer ceteffet est plus faible ;• la dose équivalente est la quantitéde dose absorbée entendue comme leproduit de la dose absorbée dans untissu ou un organe par un facteur depondération, différent selon la natureet à l’énergie du rayonnement et quivarie de 1 à 20: les rayonnements alphasont ainsi considérés comme 20 foisplus nocifs que les rayonnementsgamma en fonction de leur efficacitébiologique pour des effets aléatoires

Techniciens aux télémanipulateurs d’une des chaînes de l’installation Atalante, au centre CEA de Marcoule. Blindées, ces chaînes arrêtent les rayonnements. Les opérateurs portent les dosimètres qui permettent d’en vérifier l’efficacité en permanence.

Foul

on/C

EA

(ou stochastiques). Une dose équiva-lente s’exprime en sieverts (Sv) ;• la dose efficace est une grandeur intro-duite pour tenter d’évaluer le détrimenten terme d’effets stochastiquesau niveaudu corps entier. C’est la somme des doseséquivalentes reçues par les différentsorganes et tissus d’un individu, pondéréespar un facteur propre à chacun d’entre eux(facteurs de pondération) en fonction desa sensibilité propre. Elle permet d’addi-tionner des doses provenant de sourcesdifférentes, d’irradiation externe ouinterne. Pour les situations d’exposition

interne (inhalation, ingestion), la dose effi-cace est calculée sur la base du nombrede becquerels incorporés pour un radio-nucléide donné (DPUI, dose par unité d’in-corporation). S’exprime en sieverts (Sv).• la dose engagée, à la suite d’une expo-sition interne, est la dose cumulée reçuedans les cinquante années (pour lestravailleurs et les adultes) ou jusqu’àl’âge de soixante-dix ans (pour les moinsde 20 ans) suivant l’année de l’incorpo-rationdu radionucléide, si celui-ci n’a pasdisparu auparavant par décroissance physique ou élimination biologique;

• la dose collective est la dose reçue parune population, définie comme le pro-duit du nombre d’individus (par exem-ple ceux travaillant dans une installationnucléaire où c’est un outil utile dans lecadre de l’organisation et de l’applica-tion du principe ALARA) par la dosemoyenne équivalente ou efficace reçuepar cette population ou comme la sommedes doses efficaces individuelles reçues.Elle s’exprime en homme-sieverts (H.Sv).Elle ne devrait s’utiliser que pour desgroupes relativement homogènes quantà la nature de leur exposition.

(suite)F

Toxicité radiologique et toxicité chimique

Parmi les toxiques chimiques liésà la filière nucléaire se trouvent,

outre l’uranium (U) et le cobalt (Co),le bore (B), utilisé pour ses proprié-tés d’absorption des neutrons dansles fluides caloporteurs des centra-les nucléaires, le béryllium (Be),employé pour ralentir ces mêmesneutrons, et le cadmium (Cd), servantà les capturer. Or le bore est un élé-ment essentiel pour la croissance desplantes. Le cadmium, tout comme leplomb (Pb), a des effets toxiques surle système nerveux central.Pour un même élément dont la toxi-cité peut être à la fois radiologique etchimique, par exemple le plutonium(Pu), l’uranium, le neptunium, le tech-nétium ou le cobalt, il s’agit de déter-miner, quand cela est possible, ce quirelève de la toxicité radiologique etce qui relève de la toxicité chimique,l’une n’étant évidemment pas exclu-sive de l’autre (voir Limites de lacomparaison du risque radiologique etdu risque chimique, p. 77).Pour les éléments radioactifs à lon-gue période physique, la toxicité chi-mique est un risque beaucoup plus

grand que la toxicité radiologique,comme le montre l’exemple du rubi-dium (Rb) ou de l’uranium naturel.Ainsi la toxicité chimique de l’uranium,qui prévaut sur sa toxicité radiolo-gique, a conduit la réglementationfrançaise à fixer des limites de masseingérée ou inhalée de composés chi-miques d’uranium à respectivement150 mg et 2,5 mg par jour quelle quesoit la composition isotopique de l’é-

lément (voir L’uranium, chaque jourmieux connu, p. 31).Certains métaux ou métalloïdes nontoxiques à faible concentration peu-vent le devenir à forte concentrationou sous leur forme radioactive. C’estle cas du cobalt, pouvant agir commegénotoxique, du sélénium (Se) (natu-rellement incorporé dans des pro-téines ou des ARN), du technétium(Tc) et de l’iode (I).

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Analyse d’images de gels d’électrophorèse bidimensionnelle réalisée dans le cadre d’étudesde toxicologie nucléaire au centre CEA de Marcoule, dans la vallée du Rhône.

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