Université Libanaise Faculté des Sciences II Département de physique. Mémoire de Maîtrise Option : Physique

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1 Université Libanaise Faculté des Sciences II Département de physique Mémoire de Maîtrise Option : Physique Titre du mémoire : La Dosimétrie Individuelle au Liban Présenté par : HABIB Bouchra & GERYES Tony Soutenu le 06/07/2005 Devant le jury composé de : Dr. ASSAFIRI Youssef Dr. NSOULI Bilal Dr. BECHARA Joseph Dr. MIKIRDITSIAN Mikirdits

2 - 2 - TABLE DES MATIERES Remerciements...5 Résumé...6 Summary 7 Introduction Chapitre I : Interaction Rayonnements Matière...9 I.1- Sources et Expositions I.1.a- Sources naturelles de rayonnements I.1.b- Sources artificielles de rayonnements I.2- Interaction des rayonnements électromagnétiques avec la matière I.2.a- l'effet photoélectrique..12 I.2.b- l'effet Compton.. 13 I.2.c- l'effet de production de paire I.2.d- Importance relative des trois effets Chapitre II : Effets biologiques des rayonnements ionisants sur l être humain...20 II.1- La contamination.. 20 II.2- L irradiation.. 21 II.3 - Effets biologiques des rayonnements ionisants au niveau cellulaire..21 II.4- Effets biologiques des rayonnements ionisants sur les tissus ou organes.. humains II.4.a- Les effets déterministes (précoces ou immédiats) II.4.b- Les effets stochastiques (tardifs ou à long terme) II.5- Dangers particuliers: Exposition durant la grossesse...28 Chapitre III : Dosimétrie individuelle III.1- Types de dosimètres III.1.a- Dosimètre photographique ou film-badge III.1.b- Stylo dosimètre à lecture directe III.1.c- Dosimètre électronique III.1.d- Dosimètre thermoluminescent

3 - 3 - III.2- Unités utilisées en dosimétrie individuelle et radioprotection III.2.a- Dose absorbée..38 III.2.b- Dose équivalente..39 III.2.c- Dose efficace Chapitre IV : Lecteurs et Irradiateur...41 IV.1- Lecteurs des dosimètres thermoluminescents IV.1.a- Lecteur «HARSHAW» IV.1.b- Lecteur «SOLARO» IV.2- Irradiateur à Césium Chapitre V : Etude Expérimentale V.1- Plan du travail V.2- Classification des dosimètres thermoluminescents en sous groupes V.2.a- Calcul de l écart type. 50 V.3- Groupement des cartes dosimétriques V.3.a- Discussion V.4- Facteur de calibration V.4.a- Application V.5- Stabilité du système..55 Chapitre VI : Statistiques et Analyse des données VI.1- Statistiques VI.2- Analyses des résultats VI.2.a- Moyenne nationale, Nombre de surdosage, Moyenne de surdosage...57 VI.2.b- Variation de la dose annuelle moyenne des hôpitaux critiques au Liban...60 VI.2.c- Comparaison entre un hôpital systématique et un hôpital non systématique du point de vue durée de surveillance...63 VI.2.d- Cas particuliers évaluant le développement de la surveillance Chapitre VII : Système réglementaire de radioprotection...67 VII.1- Experts en radioprotection. 67 VII.2- Classification des zones de travail et des travailleurs VII.3- Principes de la Radioprotection VII.3.a- Justification des pratiques

4 - 4 - VII.3.b- Optimisation VII.3.c- Limitation VII.4- Protection contre l'irradiation externe dans le milieu hospitalier..69 VII.5- Protection contre la contamination interne dans le milieu hospitalier..70 VII.6- Consignes de sécurité VII.7- Normes internationales de radioprotection VII.7.a- Limites de dose pour les personnes professionnellement exposées VII.7.b- Limites de dose pour les apprenti(e)s et les étudiant(e)s Conclusions Annexe Références...79

5 - 5 - REMERCIEMENTS Nous tenons à remercier ici tous ceux qui, directement ou indirectement, nous ont permis de mener à son terme ce projet. Plus particulièrement : M. Bilal Nsouli, directeur de la Commission Libanaise de l'energie Atomique qui nous a offert la possibilité d'y travailler et pour ses encouragements et l'intérêt qu'il a marqué dès l'origine. Notre directeur M. Youssef Assafiri, Chef du département de radioprotection, pour l aide précieuse qu il nous a apportée, et pour le climat de sympathie et de bonne humeur qu il a instauré lors de nos diverses rencontres. Melle Roula Bou-Khozam dont les critiques amicales et les conseils judicieux nous ont permis d'améliorer notre travail. Melle Samia Zein-Eddeine qui a supporté les perturbations et le travail supplémentaire occasionné. l'effort. Ainsi que les membres du centre LAEC qui nous ont encouragés et soutenus dans

6 - 6 - RESUME Dans ce mémoire, nous traitons la radioprotection au Liban où la dosimétrie individuelle est une partie principale. La radioprotection est l ensemble des mesures prises pour protéger les employés, des dangers des rayonnements ionisants tout en permettant leur utilisation. Et la dosimétrie individuelle est la mesure de l'exposition professionnelle du corps humain aux radiations ionisantes. Après l étude expérimentale faite sur les dosimètres thermoluminescents utilisés pour la surveillance des employés dans les hôpitaux libanais, nous avons classé ces dosimètres en neuf groupes compte tenu de leur précision sur la dose mesurée, cette classification sert à diminuer l'incertitude sur la dose mesurée. Après l analyse des données, nous avons déduit que la surveillance faite par la Commission Libanaise de l Energie Atomique devient de plus en plus utile, compte tenu de la stabilité de la dose moyenne nationale et de la diminution du survenu de surdosage depuis l année 1997 jusqu à l année MOTS CLES Interaction rayonnements matière, dosimétrie individuelle, radioprotection, thermoluminescence, source de rayonnements, normes de base de radioprotection

7 - 7 - SUMMARY In this report, we study the individual radiation monitoring system in Lebanon. The radiation protection system in the LAEC is a range of measures taken for the protection and safety of radiation workers from ionizing radiation. Individual monitoring system (IMS) is one of these measures taken to monitor occupational radiation exposure of individuals, especially in medical sectors. Following the experimental studies on the thermoluminescent dosimetry system, used to monitor the occupational exposure of radiation workers in Lebanon, a classification of the thermoluminescent dosimeters into nine groups according to the value of the measured predetermined dose is achieved. This classification helps the LAEC to improve the precision of the measured dose received by radiation workers while exposed to ionizing radiation. In conclusion, as a result of the IMS and the proper supervisory program, an improvement in the national average dose and a reduction of the frequency of overdose since the year 1997 until the year 2004, is observed. KEYWORDS Interaction of radiation with matters, individual radiation monitoring, radioprotection, thermo luminescence, radiation source, radioprotection norms

8 - 8 - INTRODUCTION Les sources de rayonnements ionisants sont répandues dans la nature, dans les industries et dans les hôpitaux. Les rayonnements ionisants produisent l ionisation des atomes ou molécules constituant le corps humain. Après une cascade d évènements dans les cellules, l individu exposé présentera les différents types d effets (déterministes ou stochastiques) comme conséquence à cette exposition. Compte tenu des dangers des rayonnements ionisants sur la santé, la Commission Libanaise de l Energie Atomique a pris en charge la surveillance des employés exposés professionnellement aux radiations ionisantes en milieu hospitalier au Liban par le programme IMS (Individual Monitoring Service) qui nécessite à échanger des dosimètres thermoluminescents (TLD) continuellement chaque deux mois pour mesurer la dose efficace reçue par chaque employé durant cette période. D où la nécessité de calibrer ces dosimètres thermoluminescents destinés à cette surveillance avant de les utiliser pour diminuer l erreur sur la dose efficace mesurée. Les données indiquant les doses efficaces reçues par les employés suite à leur exposition professionnelle depuis l année 1997 jusqu à l année 2004, nous aident à étudier la variation de la moyenne nationale de dose, du nombre de surdosage et de la moyenne de surdosage. Et par suite l évaluation du développement du programme.

9 - 9 - Chapitre I INTERACTION RAYONNEMENTS MATIERE I.1- SOURCES ET EXPOSITIONS Les rayonnements ionisants proviennent de deux sortes de sources: les sources naturelles et les sources artificielles. (Figure I.1) Figure I.1: Sources de rayonnements ionisants [31] I.1.a- Sources naturelles de rayonnements L'Homme vit en permanence dans l'ambiance de la radioactivité naturelle. Celleci est due à trois principaux facteurs :

10 Les rayonnements cosmiques constitués par des photons et diverses particules d'une très grande énergie (noyaux d'hydrogène (proton) pour 90%, noyaux d'hélium pour 9% et le reste comprend des noyaux de divers éléments plus lourds); - les rayonnements telluriques dus aux substances radioactives contenues dans la terre (lithosphère), l'eau (hydrosphère) et dans l'air (atmosphère). Lors de la formation de la terre, il y a 4.5 milliards d'années, les trois familles naturelles radioactives qui s'y trouvent sont celles de : l'uranium 235, l'uranium 238 et le thorium Les substances radioactives contenues dans le corps humain (potassium 40, et d'autres) qui proviennent de la nutrition agro-alimentaire. L'humanité subit donc depuis toujours une exposition naturelle aux rayonnements dont le niveau, bien que variable d'un lieu à l'autre de notre planète, est resté approximativement constant. Cette exposition se fait selon deux voies: exposition externe et exposition interne. [11], [18], [21] I.1.b- Sources artificielles de rayonnements L'utilisation des rayonnements en médecine représente la première source artificielle d'exposition de la population. Cette utilisation médicale est présentée par les procédures diagnostiques et thérapeutiques, en médecine nucléaire, en radiodiagnostic et en radiothérapie. Les rayonnements utilisés en médecine dans un but diagnostique et/ou thérapeutique sont: - les rayons X en radiologie et en radiothérapie; - les faisceaux d'électrons produits par les accélérateurs linéaires de particules en radiothérapie; - les rayonnements particulaires α, β en radiothérapie interne, neutrons, protons, particules lourdes en radiothérapie externe;

11 les rayonnements γ émis par certains radionucléides en radiothérapie externe ( 60 Co) et interne ( 131 I, 32 P, 153m Sm, 89 Sr) et en médecine nucléaire ( 131 I, 99m Tc). Les usages industriels des rayonnements et des radionucléides constituent la deuxième source artificielle d'exposition de la population. Cette utilisation industrielle est présentée par la production d'énergie nucléaire (électricité nucléaire), la production des radio-isotopes (par réacteur nucléaire ou par cyclotron) et la radiographie industrielle (utilisant des sources d'iridium 192 ou de cobalt 60). [11], [18], [21] Les accidents au niveau des centrales nucléaires constituent une autre source artificielle d'exposition de la population : Le plus célèbre est l'accident de Tchernobyl: le 26 avril 1986, deux explosions survienne au niveau de l'unité 4 de la centrale nucléaire de Tchernobyl, au nord de l'ukraine, ces deux explosions mettent le réacteur directement dans l'air libre. Bien que les opérations d'extinction du réacteur aient rapidement été entreprises, l'extension à longue distance s'est produite vers la Suède, la Finlande, la Pologne, l'europe, les Pays-Bas, la Grande Bretagne, la Grèce, l'israël, la Turquie et beaucoup d'autres régions de la terre. Il existe également des accidents radiologiques, des accidents dus au transport aérien d'armes nucléaires ainsi que les retombées des tirs atmosphériques (essais nucléaires atmosphériques). [11], [18] I.2- INTERACTION DES RAYONNEMENTS ELECTROMAGNETIQUES AVEC LA MATIERE L'interaction des rayonnements ionisants (en particulier: rayonnements électromagnétiques) avec la matière va produire une ionisation des atomes du milieu et leur transférer de l'énergie.

12 Les trois processus d'interaction des rayonnements électromagnétiques (photons) avec la matière sont l effet photoélectrique, l effet Compton et l effet de production de paire. I.2.a- Effet photoélectrique Figure I.2 : Effet photoélectrique [11] C'est l'interaction du photon avec un électron fortement lié de l'atome constituant la matière, cet électron appelé photoélectron est éjecté avec une énergie cinétique: Ec = Eγ E L (I.1) Où Eγ = hυ est l'énergie du photon et E L est l'énergie de liaison de l'électron. En toute rigueur, l'énergie hυ se partage entre l'électron et l'atome ionisé suivant le rapport inverse des masses. Cependant, l'atome étant plus lourd que l'électron, son énergie peut être négligée (Figure I.2).

13 Pour qu'il se produise un effet photoélectrique entre un photon incident d'énergie hυ et un électron se trouvant sur la couche i de l'atome d'énergie de liaison E L,i, il faut que : hυ E L,i La probabilité d'avoir un effet photoélectrique entre le rayonnement électromagnétique et la matière est équivalente à la section efficace de l'effet photoélectrique qui dépend fortement de l'énergie du photon incident et du numéro atomique Z du milieu absorbeur. La dépendance est approximativement en E -3.5 Z 4.5. L'effet photoélectrique est très favorisé dans les milieux de numéro atomique élevé, en effet quand Z augmente, la probabilité de présence de l'électron dans les couches proches du noyau (c'est-à-dire fortement lié) augmente. L'effet photoélectrique est le mode d'interaction prédominant des rayonnements γ ou X de faible énergie ( 100 KeV). [1], [2], [3], [8], [15] En bref: Si hυ < E L,i, pas d'effet photoélectrique quelque soit l'intensité du rayonnement incident. Si hυ = E L,i, le photoélectron est émis par effet photoélectrique sans énergie cinétique. Quand hυ augmente à partir de cette valeur, le nombre d'électrons susceptibles de participer à l'effet photoélectrique augmente. I.2.b- Effet Compton Figure I.3 : Effet Compton [11]

14 C'est l'interaction d'un photon avec un électron peu lié du milieu absorbeur (presque libre). Le photon de fréquence υ est diffusé sous un angle θ par rapport à la direction incidente, avec une fréquence υ' inférieure à υ, cette fraction d'énergie perdue est cédée à l'électron, appelé électron Compton, qui recule dans une direction Ф par rapport à la direction incidente (Figure I.3). I.2.b.i- Etude théorique de l'effet Compton Ce phénomène, appelé diffusion Compton, fut observé la première fois, par les deux physiciens Compton et Debye, s'interprète en supposant que les photons sont des particules qui font des chocs élastiques et relativistes sur les électrons des couches externes peu liés au noyaux. Ces électrons assimilés à des électrons libres sont supposés initialement au repos puisque l'énergie du photon est généralement très grande par rapport à l'énergie de liaison des électrons considérés. La loi de conservation de l'énergie s'écrit: E + m o c 2 = E' + E e Avec E e 2 = (m o c 2 ) 2 + (P e c) 2 (I.2) (I.3) Où E = hυ est l'énergie du photon incident, E' = hυ' est l'énergie du photon diffusé, E e est l'énergie totale de l'électron Compton et m o c 2 est l'énergie au repos de l'électron. La loi de conservation de l'impulsion s'écrit: p ρ ρ ρ = p + p e (I.4)

15 Où p ρ ρ ρ, p et p e sont les vecteurs impulsions du photon incident, du photon diffusé et de l'électron respectivement. Ce qui implique que: ( p ρ ρ p ) 2 = p ρ e 2 Donc (Pc) 2 + (P'c) 2 2 (Pc)(P'c)cosθ = (P e c) 2 Avec E = Pc et E' = P'c pour les photons. (I.6) (I.5) D'après (I.3), (P e c) 2 = E 2 + E' 2 2 EE' + 2 m o c 2 (E E') Donc (I.6) donne: EE' (1 cosθ) = m o c 2 (E E') (I.7) (I.8) Ce qui permet d'écrire: υ υ' = hνν ' (1 cosθ) m0 c 2 (I.9) L'énergie du photon diffusé est donnée par: hυ' = hν 1+ α(1 cosθ) hυ α = hν m0 c 2 (I.10) - Pour θ 0, l'énergie du photon diffusé est maximale, hυ'(max) = hυ. hν - Pour θ = 90, l'énergie du photon diffusé est minimale, hυ'(min) =, c'est le 1+ 2α phénomène de retrodiffusion. - Lorsque l'énergie du photon incident est très grande (α >> 1), l'énergie du photon retrodiffusé tend vers hυ' = m 0c 2 2 = MeV. La différence des longueurs d'onde est donnée par: Δλ = λ' λ = λ c (1 cosθ) (I.11)

16 Où λ c = h m0 c = A, appelée la longueur d'onde Compton. Pour une diffusion θ donné, la différence des longueurs d'onde est indépendante de l'énergie du photon incident. (I.10) par: L'énergie cinétique de l'électron après la diffusion Compton est donnée d'après E c = h (υ υ') = hυ α(1 cosθ ) 1+ α(1 cosθ) (I.12) - L'énergie de l'électron Compton est maximale pour θ = 180, c'est-à-dire lorsque le photon subira la retrodiffusion, E c (max) = hυ 2α 1+ 2α. - L'énergie de l'électron Compton est minimale pour θ 0, résultat prévisible compte tenu de la loi de conservation de l'énergie, E c (min) 0. Les projections de l'équation de conservation de l'impulsion, sur la direction initiale et la direction perpendiculaire, donnent : hν h ν ' = cosθ + p'2 cosф c c 0 = h ν ' sinθ + p'2 sinф c (I.13) (I.14) Ce qui entraîne que tanф = sin θ cosθ ν / ν ' gdgdfgdfgdgdgdddgddgdgdddf (I.15) Quand θ augmente de zéro à 180, Ф diminue de 90 à zéro: l'électron est toujours projeté vers l'avant tandis que le photon est diffusé dans toutes les directions de l'espace, mais avec une direction préférentielle qui dépend de la section efficace de l'effet

17 Compton qui à son tour dépend de l'énergie hυ du photon incident. [1], [2], [3], [7], [8], [15] En bref: L'énergie du photon diffusé par effet Compton est toujours inférieures à celle du photon incident, hυ' hυ. Si θ tend vers zéro, υ' tend vers υ'(max) = υ, Ф tend vers (-Π/2), E c tend vers E c (min) 0. Si θ tend vers 180, υ' tend vers υ'(min) = υ/(1 + 2α), Ф tend vers zéro, E c tend vers 2α E c (max) = hυ. 1+ 2α I.2.c- Effet de production de paire Figure I.4 : Effet de création de paire [11] L'effet de production de paire ou matérialisation consiste en la création d'une paire électron- positon lorsqu'un photon pénètre dans le champ coulombien d'un noyau. Le photon disparaît et son énergie est utilisée pour créer la paire et communiquer de l'énergie cinétique à l'électron et au positon.

18 L'effet de production de paire donne lieu à l'émission de rayonnements secondaires. En effet, en fin de ralentissement, le positon s'annihile avec un électron au repos du milieu, avec émission de deux photons d'annihilation d'énergie 511 KeV chacun. (Figure I.4). La création de paire ne se fait qu'en présence d'une cible "lourde", pour la raison de la conservation de l'impulsion. De plus si hυ est l'énergie du photon, la conservation de l'énergie s'écrira: hυ = 2m o c 2 + E e- + E e+ (I.16) Où m o c 2 = 511 KeV, est l'équivalent énergétique de la masse au repos de l'électron et du positon, E e- est l'énergie cinétique de l'électron et E e+ est l'énergie cinétique du positon. (I.16) implique que hυ 2m o c 2, donc la création de paire n'est possible que si l'énergie du photon est au moins égale à une énergie seuil, qui est l'énergie nécessaire pour créer la paire, soit: hυ = 2m o c 2 = = 1022 KeV. [1], [2], [3], [8], [15] En bref: Si hυ < 2m o c 2, la section efficace pour la création de paire est nulle. Au delà de cette énergie seuil, si hυ 2m o c 2, il y a création de paire. La section efficace de création de paire dépend de l'énergie du photon et du numéro atomique Z des noyaux constituants le milieu absorbeur. La dépendance est en Z 2.Log hυ, donc: Quand hυ augmente la section efficace de production de paire augmente, de même quand Z augmente, cette section augmente.

19 I.2.d- Importance relative des trois effets Figure I.5: Importance relative des trois effets en fonction de l'énergie du photon incident hυ et du numéro atomique du milieu Z La figure I.5 montre l'importance relative des trois effets en fonction de l'énergie hυ du photon et du numéro atomique Z du milieu. L'effet photoélectrique est dominant à basse énergie. Dans les matériaux lourds, il cesse de l'être à partir de 500 KeV. A haute énergie, c'est l'effet de production de paire qui est prédominant, il commence à le devenir à partir de 5 MeV dans les matériaux de Z élevé. Entre les deux, se situe un domaine où c'est l'effet Compton qui domine. Pour les milieux de faible Z (carbone, air, eau, tissus humains), ce domaine est extrêmement large (de 20 KeV à 3 MeV). [8], [15]

20 Chapitre II EFFETS BIOLOGIQUES DES RAYONNEMENTS IONISANTS SUR L'ETRE HUMAIN Lorsqu on s intéresse aux rayonnements ionisants et à leurs effets sur la santé, il y a deux phénomènes que l on doit distinguer, ce sont la contamination et l irradiation. II.1- LA CONTAMINATION La contamination consiste à entrer en contact avec des sources radioactives et ce, de deux manières différentes, mais parfois simultanées : - par dépôt de substances radioactives (poussières) au niveau de l épiderme ou des cheveux : c est la contamination externe. - par incorporation d éléments radioactifs à l intérieur de l organisme : c est la contamination interne. Les principales voies de pénétration sont : o la voie respiratoire o la voie directe par blessure o la voie digestive Elles peuvent ensuite être transportées par le sang jusqu'à tous les organes. On devient alors porteur de la source qui émet ses rayonnements à partir de l'endroit du corps où elle se trouve. Ces sources sont à l'origine de plusieurs types de radiations parmi lesquelles les rayonnements α qui provoquent de nombreuses ionisations dans les tissus voisins et sont alors les plus dangereux puisqu'ils délivrent de façon certaine toute leur énergie dans la matière qu ils rencontrent et qui les arrête, les rayonnements β qui ont un parcours un peu plus long mais ils transmettent également leur énergie sous forme d'ionisations dans les tissus du corps et les rayonnements γ qui produisent aussi des ionisations, mais ils ne sont

21 pas totalement arrêtés et sont transmis à l'extérieur du corps. La personne fortement contaminée devient une source d'irradiation pour les autres. Ce phénomène reste actif dans le temps. La source continue d'émettre et de provoquer des ionisations autour d'elle. Une source très faible peut ainsi provoquer des effets importants au bout d'un certain temps jusqu'à son évacuation totale du corps humain. [18], [19], [22] II.2- L'IRRADIATION L irradiation se présente sous deux formes externe et interne. L irradiation externe : lorsque l'irradiation de l'organisme est due à une source située à l'extérieur du corps. Ce risque existe lors de travaux avec des sources de radiations ionisantes relativement pénétrantes: β, X, γ, neutrons. L'irradiation externe peut être partielle (au niveau d'un seul organe) ou totale (irradiation du corps entier). Les risques encourus sont liés à la partie du corps exposée à la radiation. L irradiation interne accompagne souvent la contamination et ce, à cause des corps radioactifs ingérés ou inhalés qui irradient de l intérieur les organes sur lesquels ils se sont temporairement fixés. d effets. L irradiation des tissus, qu elle soit interne ou externe, produit le même type II.3- EFFETS BIOLOGIQUES DES RAYONNEMENTS IONISANTS AU NIVEAU CELLULAIRE Les rayonnements ionisants contribuent à une ionisation des molécules présentes dans les organismes vivants. Selon la dose reçue et le type de rayonnements, ces effets peuvent être plus ou moins néfastes pour la santé. Deux approches sont utilisées pour

22 étudier leurs différents effets biologiques : l épidémiologie et l expérimentation sur des molécules ou cellules d organismes vivants. L épidémiologie consiste à observer les effets sur des populations qui ont subi des irradiations d origine naturelle ou artificielle (population d Hiroshima et Nagasaki, premiers radiologues et travailleurs dans les mines d uranium ). Grâce à l expérimentation, les chercheurs observent, en particulier, les dégâts et perturbations engendrés par les rayonnements ionisants sur l ADN. Les chercheurs analysent aussi les mécanismes de réparation qu une cellule est capable de mettre en jeu lorsque sa molécule d ADN a été détériorée. L épidémiologie et l expérimentation permettent de mieux connaître les effets des rayonnements ionisants afin de définir des règles et des normes de radioprotection et de soigner les personnes ayant subi des irradiations accidentelles. [6] Que se passe t'il dans les cellules humaines lors d'une irradiation? Certaines cellules de l'organisme sont particulièrement sensibles à l'irradiation, ce sont ceux qui se renouvellent le plus vite, donc, où les divisions cellulaires sont les plus nombreuses. Il s'agit des cellules souches hématopoïétiques de la moelle osseuse, des cellules de la muqueuse de l'intestin, ou des cellules de la peau, par exemple. Il s'agit aussi des cellules sexuelles. [18], [22]

23 Figure II.1: Altérations possibles de l ADN consécutives à une exposition à des rayonnements ionisants [20] Dans la cellule vivante, les facteurs héréditaires sont portés par les chromosomes, constitués d'une double hélice d'adn (acide désoxyribonucléique), qui se trouvent au niveau du noyau. Ces chromosomes portent le code génétique définissant l'ensemble des caractéristiques innées de l'individu: c'est le centre de commande de la vie biologique. Les molécules les plus grosses seront logiquement des cibles privilégiées pour le rayonnement, puisqu'elles occupent davantage d'espace, parmi elles, l'adn. Une petite erreur de code produite par l'ionisation d'un atome se traduira par une modification de la réaction déterminée par ce code, pouvant alors modifier des caractéristiques importantes de la cellule. L'effet des rayonnements ionisants au niveau des chromosomes se définit sous forme de lésions simple brin ou double brin de la chaîne d ADN dépendant de la qualité du rayonnement, et en particulier de son énergie (figure II.1). Les zones lésées vont être la plupart du temps réparées, redonnant un chromosome apparemment normal. Un échec de réparation peut cependant apparaître sous forme d effets déterministes ou stochastiques dépendant du nombre de lésions en cause, de leur situation et de la cinétique de réparation. [8], [21], [22] Nous allons discuter dans le présent paragraphe l'impact de ces effets sur les cellules vivantes au niveau des assemblages complexes de cellules qui constituent les tissus ou les organes humains. [8], [21], [22]

24 II.4- EFFETS BIOLOGIQUES DES RAYONNEMENTS IONISANTS SUR LES TISSUS OU ORGANES HUMAINS Figure II.2 : Courbe dose-effet Il est connu depuis le début de l'utilisation des rayons X, dans les premières années du siècle, que lorsqu'un individu est irradié, l'ionisation des atomes peut provoquer l'altération ou la mort des cellules touchées. Selon la gravité de l'irradiation, l'action sur l'organisme est très différente, on distingue deux effets : Les effets déterministes et les effets stochastiques. II.4.a- Effets déterministes (précoces ou immédiats) Une forte irradiation par des rayonnements ionisants provoque des effets immédiats sur les organismes vivants comme des brûlures plus ou moins importantes, dans les semaines ou dans les six mois suivant l'irradiation. Pour ces effets, les relations de causalité étaient déterminées, on savait qu'une irradiation donnée entraînait un certain dommage pour une certaine dose. Ces effets apparaissent toujours (effets obligatoires) à partir d une dose seuil (0.1 sievert délivrés en une seule fois) au-delà de laquelle, la gravité de l effet est proportionnelle à la dose. Parfois, une réversibilité est possible si les lésions ne sont pas trop importantes. (Figure II.2)

25 Les rayonnements électromagnétiques (X et γ) peuvent néanmoins être à l origine de lésions relativement importantes. Les effets résultants de ces lésions dépendent de la dose reçue, de l étendue de l irradiation et de la nature de l organe ou du tissu irradié. [17], [18], [21] Ceci nous amène donc à classer certains tissus en fonction de leur sensibilité visà-vis des rayonnements ionisants. D une manière générale, les tissus à renouvellement rapide sont les plus sensibles aux radiations et les effets produits sont alors précoces. Les tissus suivants sont classés selon leur radiosensibilité décroissante: [19] -les tissus embryonnaires - les organes hématopoïétiques (à l origine des cellules sanguines) - les gonades - l épiderme - la muqueuse intestinale - le tissu conjonctif - le tissu musculaire - le tissu nerveux + radiosensibles - radiosensibles Le tableau II.1 présente les effets déterministes décrits pour des expositions à des rayonnements γ ou X en fonction de la dose d'irradiation.

26 Tableau II.1 : les effets déterministes décrits pour des expositions à des rayonnements γ ou X en fonction de la dose d'irradiation. [20] Effets déterministes recensés pour des expositions à des rayonnements γ ou X Stérilité masculine temporaire Diminution temporaire des leucocytes (famille de globules blancs) Nausée, asthénie Modification de la formule sanguine Effet immunodépresseur (risques d infections) Sous surveillance médicale, le retour à la normale se produit rapidement. Risque de stérilité féminine Stérilité masculine définitive Aplasie (arrêt ou insuffisance du développement d un tissu ou d un organe). En l absence de traitement, au moins la moitié des personnes irradiées meurent et il existe des risques de séquelles Atteinte oculaire (survenue possible de cataracte de 1 à 10 ans après l irradiation) Atteinte gastro-intestinale Atteinte pulmonaire Coma, mort cérébrale Mort inévitable Dose d irradiation à partir de 0,15 Gy de 0,2 à 1 Gy de 1 à 2 Gy à partir de 2,5 Gy de 3,5 à 6 Gy à partir de 4,5 Gy à partir de 5 Gy 6 Gy 8 Gy au delà de 10 Gy L'irradiation aiguë de la peau produit dès 3 Gy une rougeur que l'on appelle érythème. A des doses plus élevées l'irradiation produit successivement, en fonction des doses reçues: la pigmentation, l'épilation, l'ulcération et la nécrose (à partir de 50 Gy). II.4.b- Effets stochastiques (tardifs ou à long terme) Après avoir vu les effets précoces d une irradiation sur l organisme, il convient de s arrêter sur un deuxième type d effets qui sont appelés stochastiques ou aléatoires. Ces effets, pour lesquels il n'existe pas de seuil d'apparition, se manifestent longtemps après l'irradiation (plusieurs années) et peuvent être causés par une exposition chronique à de faibles doses d'irradiation. Leur apparition chez un individu est d'autant moins probable

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