Effets biologiques du rayonnement

Qu'entend-on par sûreté?

Le mot « sûreté » revêt différents sens selon les personnes. Pour plusieurs, la sûreté est synonyme d'absence de risques ou de dangers. Mais en réalité, il existe toujours un certain niveau de risque dans pratiquement tout ce que nous faisons.

Par exemple, les limites de vitesse sur les routes sont fixées pour optimiser la sécurité des usagers de la route. Cela n'empêche toutefois pas les accidents, même si les automobilistes respectent les limites de vitesse. Malgré ces risques, nous prenons tout de même la décision consciente de conduire.

Les mêmes décisions conscientes sont prises à l'égard du rayonnement. L'exposition au rayonnement comporte un risque pour la santé. La connaissance de ces risques permet à la CCSN et à d'autres organismes de réglementation de fixer des limites de dose et de formuler des règlements qui limitent l'exposition à un risque acceptable ou tolérable (certains peuvent même employer l'expression « limite de sûreté »).

L'avantage en ce qui concerne le rayonnement tient à ce que nous connaissons mieux les risques qu'il fait peser sur la santé que les risques associés à tout autre agent chimique ou par ailleurs toxique. Depuis le début du siècle, les effets du rayonnement ont été étudiés en profondeur, en laboratoire et auprès de populations humaines. Depuis sa création en 1955, le Comité scientifique des Nations Unies pour l'étude des effets des rayonnements ionisants (UNSCEAR) a pour mandat d'effectuer des évaluations globales des sources de rayonnements ionisants et de leurs effets sur la santé humaine et l'environnement. Ces évaluations établissent le fondement scientifique servant à formuler des normes internationales de protection du grand public et des travailleurs contre les rayonnements ionisants. Le Rapport 2010 de l'UNSCEAR (PDF, source: site Web d'UNSCEAR), le Livre blanc de 2012 (PDF, source : site Web d’UNSCEAR) et le Rapport de 2017 (PDF, source : site Web d’UNSCEAR) consolident et résument, en termes simples, l’expertise du Comité en ce qui concerne les effets de faibles doses de rayonnements sur la santé.

Comment le rayonnement affecte-t-il les cellules?

Cette image montre un faisceau de rayonnement brisant un brin de la double hélice de l’ADN, endommageant ainsi l’ADN.

L'altération ou cassure des molécules de l'ADN est le principal effet du rayonnement sur la santé. L’ADN, formé de deux longues chaînes de nucléotides enroulées l’une autour de l’autre en double hélice, est le composé moléculaire dans le noyau d’une cellule qui en définit la structure et le fonctionnement. Le rayonnement peut altérer cette chaîne. Dans ce cas, trois phénomènes peuvent se produire :

1. L'ADN se répare correctement

Dans ce cas, la cellule est correctement réparée et continue de fonctionner normalement. La molécule d'ADN subit en permanence des lésions, à chaque seconde de la journée, et les cellules ont une aptitude naturelle à réparer ces lésions.

2. La lésion de l'ADN est trop grave et la cellule meurt (effets déterministes)

Si l'ADN ou d'autres éléments essentiels de la cellule reçoivent une forte dose de rayonnement, la cellule peut soit mourir, soit être lésée au point de ne plus pouvoir se réparer. Si ce phénomène touche un grand nombre de cellules dans un tissu ou un organe, les effets précoces du rayonnement peuvent se manifester. Il s'agit des effets déterministes dont la gravité varie selon la dose de rayonnement reçue. Ils peuvent se traduire par des brûlures, des cataractes et, dans des cas extrêmes, la mort.

Les premières preuves des effets déterministes du rayonnement ont été observées chez les premiers chercheurs et utilisateurs du rayonnement. Ceux-ci ont présenté des lésions sévères à la peau et aux mains en raison d'une exposition à une dose excessive de rayonnement. Plus récemment, les mêmes phénomènes ont été observés après l'accident de la centrale nucléaire de Tchernobyl, en 1986, au cours duquel plus de 130 travailleurs et pompiers ont reçu de fortes doses de rayonnement (800 à 16 000 mSv) et ont présenté par la suite la maladie des rayons. Deux des personnes exposées sont décédées quelques jours après l'exposition. Plus de 30 travailleurs et pompiers sont décédés dans les trois mois qui ont suivi l'accident.

Site de l'accident de la centrale nucléaire de Tchernobyl (Ukraine)

La CCSN et d'autres organismes de réglementation internationaux disposent de mesures, y compris des limites de dose très strictes et des bases de données permettant le suivi des sources radioactives, pour atténuer les risques susceptibles de peser sur les membres du public ou les travailleurs exposés à des doses de rayonnement suffisamment élevées pour occasionner des effets déterministes. La CCSN dispose également de règlements très stricts pour la manipulation des substances et des dispositifs nucléaires au Canada.

3. La cellule se répare mal, mais continue de vivre (effets stochastiques)

Dans certains cas, l'ADN de la cellule peut être lésé par le rayonnement sans que la lésion en question ne cause la mort de la cellule. Celle-ci peut continuer de vivre et même de se reproduire, mais la cellule et ses descendants peuvent ne plus fonctionner correctement et même perturber le fonctionnement des autres cellules. La probabilité de ce type d'effets indésirables est proportionnelle à la dose et porte le nom d' effet stochastique - lorsqu'il existe une probabilité statistique que l'exposition induise des effets. Dans ce cas, la probabilité est proportionnelle à la dose. Toutefois, le moment où les effets surviendront et leur gravité sont indépendants de la dose.

Ce processus concerne chacun d'entre nous, à tout moment. En effet, nous sommes exposés à environ 15 000 événements de ce type chaque seconde. Parfois, la structure de la cellule change parce qu'elle se répare mal. Cette altération peut n'avoir aucun effet ou l'effet en question peut se manifester plus tard dans la vie. Un cancer ou des effets héréditaires peuvent ou non survenir.

Preuves épidémiologiques

Les études menées sur les survivants des explosions atomiques survenues à Hiroshima et Nagasaki en 1945 indiquent que l'exposition au rayonnement a eu pour principal effet d'augmenter la fréquence des cas de cancer et de leucémie.

Des résultats comparables ont été observés :

• chez les personnes ayant reçu une radiothérapie ou subi un examen diagnostique faisant appel au rayonnement;
• chez les anciens mineurs de mines d'uranium;
• chez les travailleurs qui ont fabriqué des armes atomiques;
• chez les personnes exposées au rayonnement par suite de l'accident de la centrale nucléaire de Tchernobyl;
• chez les personnes exposées au radon dans leur maison.

Des études ont montré que l'exposition au rayonnement augmente la fréquence de certains cancers survenant déjà de manière spontanée dans la population et que cette augmentation est proportionnelle à la dose de rayonnement. Autrement dit, plus la dose est importante, plus le risque de cancer est élevé. Toutefois, les études menées à ce jour n'ont pas permis de démontrer l'apparition d'un nombre excessif de cancers ou d'autres maladies chez les personnes exposées au rayonnement de manière chronique à des doses inférieures à environ 100 mSv. (La dose la plus faible occasionnant un nombre excessif de cancers chez les survivants des explosions atomiques était de l'ordre de 80 mSv.)

Version textuelle

La figure présente des exemples de doses typiques reçues et de limites de doses pour les travailleurs et le public, allant de 0,001 mSv à 1 000 mSv. La dose annuelle typique pour les personnes qui vivent dans un rayon de quelques kilomètres d’une centrale nucléaire est de 0,001 mSv. La dose typique d’une radiographie dentaire est de 0,005 mSv. Celle d’un vol à travers le Canada est de 0,02 mSv. Celle d’une radiographie du thorax est de 0,1 mSv. La limite de dose annuelle au public est de 1 mSv. La dose annuelle typique reçue par un travailleur d’une mine d’uranium ou d’une centrale nucléaire au Canada est d’environ 1 mSv. La dose annuelle moyenne de rayonnement naturel au Canada est de 1,8 mSv. La dose typique d’un tomodensitogramme des poumons est de 7 mSv. La limite de dose annuelle pour les travailleurs du secteur nucléaire est de 50 mSv. La limite de dose sur cinq ans pour les travailleurs du secteur nucléaire est de 100 mSv. L’exposition annuelle moyenne des astronautes qui travaillent à bord de la Station spatiale internationale est de 150 mSv. Une dose qui peut entraîner des symptômes du mal des rayons est d’environ 1000 mSv.

Plusieurs raisons peuvent expliquer pourquoi les effets du rayonnement ne peuvent pas être perçus en deçà de 100 mSv. L'une d'entre elles tient à ce qu'il existe un seuil en deçà duquel la dose reçue n'occasionne pas de cancers. L'autre raison, défendue par les études du Comité consultatif sur les effets biologiques des rayonnements ionisants ( Biological Effects of Ionizing Radiation, (BEIR) de l'Académie des sciences des états-Unis et par la Commission internationale de protection radiologique, veut que même si une faible dose de rayonnement peut induire des cancers, l'incidence des cancers radio-induits est si faible qu'il est impossible de les distinguer des cancers spontanés de même type. Les chercheurs continuent d'étudier les effets de faibles doses de rayonnement pour pouvoir confirmer ou infirmer ces hypothèses. En attendant, la CCSN et d'autres organismes de réglementation ont opté pour le principe de précaution, et partent du principe que toute exposition au rayonnement comporte un certain niveau de risque.

La plupart des personnes ayant présenté des problèmes de santé dans les études en question ont été exposées à des doses relativement élevées (supérieures à 100 mSv) au cours d'une très courte période de temps. C'est ce qu'on appelle l'exposition « aiguë ». Normalement, les travailleurs et les membres du public exposés au rayonnement de l'industrie nucléaire reçoivent des doses beaucoup plus faibles au cours de périodes beaucoup plus longues (exprimées en années plutôt qu'en secondes). On parle alors d'exposition « chronique ». Selon les estimations, les expositions aiguës au rayonnement ont 1,5 à 2 fois plus de probabilités de causer des effets biologiques.

Effets héréditaires radio-induits

Les dommages génétiques surviennent lorsque l’ADN des cellules du sperme ou des ovules est endommagé. Cela provoque l’émergence d’une anomalie qui est transmise d’une génération à l’autre. D’après les études menées sur les animaux, comme sur les mouches des fruits par Hermann J. Muller en 1926, l’exposition au rayonnement cause des mutations génétiques. Toutefois, à ce jour, aucun effet génétique connu n’a été observé chez les êtres humains par suite d’une exposition au rayonnement. Il s’agit d’études qui ont également porté sur 30 000 enfants de survivants des bombardements atomiques sur Hiroshima et Nagasaki au Japon en 1945 (BEIR VII, Rapport UNSCEAR de 2001).

Limites de dose

Pour fixer les limites de dose, la CCSN a largement adopté les recommandations de la Commission internationale de protection radiologique (CIPR).

La CIPR a calculé la probabilité de cancer mortel en se basant essentiellement sur l’évaluation des effets des rayonnements effectuée par des organismes scientifiques comme le Comité scientifique des Nations Unies sur l’effet des rayonnements atomiques (UNSCEAR) et le Comité consultatif sur les effets biologiques des rayonnements ionisants (BEIR) de l’Académie des sciences des États-Unis.

La CIPR a ensuite déterminé ce qu'elle qualifie de « détriment » total dû à l'exposition au rayonnement. Il s'agit :

• de la probabilité d'induire un cancer mortel;
• du risque de survenance d'un cancer non mortel;
• du risque d'effets héréditaires sévères;
• des années de vie perdues en cas de manifestation de l'effet nocif (CIPR 103).

Compte tenu de tous ces risques, la CIPR a calculé que le détriment total pour le cancer et les effets héréditaires s'établissait à 0,042 (4,2 %) par sievert pour les travailleurs adultes et à 0,057 (5,7 %) par sievert pour l'ensemble de la population (CIPR 103).

Les limites de dose sont fixées à un niveau de détriment au-dessus duquel les conséquences seraient largement considérées comme inacceptables (S24, CIPR 103). Toutefois, par prudence, on part du principe que toute exposition au rayonnement comporte un certain nombre de risques, même en deçà de la limite de dose, d'où l'existence de règlements pour réduire toutes les doses au niveau aussi bas que raisonnablement possible, compte tenu des facteurs économiques et sociaux. C'est ce qu'on appelle le principe ALARA.

Le modèle linéaire sans seuil est un modèle de risque utilisé à l'échelle internationale par la plupart des organismes de santé et des organismes de réglementation nucléaire afin d'établir des limites de dose pour les travailleurs et les membres du public. Il est au cœur de l'approche adoptée par la CCSN en matière de radioprotection. Le modèle linéaire sans seuil présume raisonnablement qu'il existe un lien direct entre la radioexposition et le taux de cancer.

Grâce à ces règlements, les travailleurs du secteur nucléaire atteignent rarement, voire jamais, la limite de dose. Les doses auxquelles les membres du public sont exposés sont généralement bien en deçà d'un dixième de la limite de dose, soit 0,1 millisievert, même pour ceux qui vivent à proximité d'installations nucléaires.

Renseignements complémentaires

Autres sites Web

• Fiche de renseignements sur les effets biologiques du rayonnement (en anglais seulement)
• Radiation, People and the Environment, AIEA (en anglais seulement)
• Rôle de l’épidémiologie dans l’ établissement d’exigences en matière de radioprotection à partir de données scientifiques éprouvées (INFO-0812)
• Biological Mechanisms Acting at Low Doses of Radiation (UNSCEAR) (en anglais seulement)