Comment évaluer l’impact sanitaire des faibles doses de rayonnements ionisants

REPÈRES
Les rayon­ne­ments ioni­sants sont émis lors de la dés­in­té­gra­tion d’atomes radio­ac­tifs, qui peuvent être d’origine natu­relle ou arti­fi­cielle. Ils ont pour pro­prié­té de péné­trer, plus ou moins pro­fon­dé­ment selon leur nature (alpha, bêta, gam­ma, X) dans la matière sou­mise à leur expo­si­tion, et d’y dépo­ser de l’énergie le long de leur parcours.

REPÈRES
Les rayon­ne­ments ioni­sants sont émis lors de la dés­in­té­gra­tion d’atomes radio­ac­tifs, qui peuvent être d’origine natu­relle ou arti­fi­cielle. Ils ont pour pro­prié­té de péné­trer, plus ou moins pro­fon­dé­ment selon leur nature (alpha, bêta, gam­ma, X) dans la matière sou­mise à leur expo­si­tion, et d’y dépo­ser de l’énergie le long de leur parcours.
On mesure en grays la quan­ti­té d’énergie ain­si dépo­sée dans une quan­ti­té don­née de matière (par exemple le corps humain), qui est fonc­tion des carac­té­ris­tiques de la séquence d’exposition à une source de rayon­ne­ments et des carac­té­ris­tiques propres de cette source.

Les risques de can­cer asso­ciés à une forte expo­si­tion aux rayon­ne­ments ioni­sants ont été iden­ti­fiés quelques décen­nies après la décou­verte de la radio­ac­ti­vi­té. Les pre­mières don­nées à carac­tère épi­dé­mio­lo­gique ont notam­ment concer­né les ouvrières qui uti­li­saient de la pein­ture au radium, et avaient l’habitude d’affiner les pin­ceaux avec les lèvres.

Puis ont été obser­vés des can­cers fré­quents chez les méde­cins qui avaient com­men­cé à pra­ti­quer des actes de radio­lo­gie. De là est née, en 1928, la Com­mis­sion inter­na­tio­nale de pro­tec­tion radio­lo­gique, ou CIPR, socié­té savante non gou­ver­ne­men­tale des­ti­née à défi­nir des normes de pro­tec­tion vis-à-vis de l’usage des rayon­ne­ments ioni­sants. Aujourd’hui, c’est la socié­té tout entière qui s’inquiète de ce type de sujet, comme le montre très bien Georges Mer­ca­dal (voir enca­dré en fin d’article).

Les effets démontrés

Mort rapide, brû­lures graves et effets dis­crets en fonc­tion de l’exposition

Une expo­si­tion mas­sive du corps entier à une source puis­sante de rayon­ne­ments ioni­sants entraîne très rapi­de­ment la mort, par défaillance des organes les plus radio­sen­sibles (leu­co­cytes et moelle osseuse, sys­tème diges­tif). Une expo­si­tion locale à une source puis­sante peut entraî­ner des brû­lures graves dont le trai­te­ment est sou­vent très dif­fi­cile. Au fur et à mesure que l’exposition dimi­nue, les effets dits « déter­mi­nistes » se font plus discrets.

Les connais­sances scien­ti­fiques dis­po­nibles sur ces effets à faibles doses sont encore par­cel­laires. Par exemple, on ne connaît pas de manière pré­cise les éven­tuels effets sur le sys­tème car­dio­vas­cu­laire des expo­si­tions chro­niques subies par les enfants des régions tou­chées par l’accident de Tcher­no­byl, en rai­son d’une ali­men­ta­tion encore aujourd’hui conta­mi­née par du césium. L’IRSN a entre­pris, en col­la­bo­ra­tion avec des équipes russes, une vaste étude épi­dé­mio­lo­gique sur ce sujet, dont les résul­tats seront dis­po­nibles vers 2015.

Tout aus­si com­plexe est la ques­tion de la rela­tion entre l’exposition et la pro­ba­bi­li­té d’apparition d’un can­cer. Les pre­mières études épi­dé­mio­lo­giques de grande ampleur des­ti­nées à déter­mi­ner cette rela­tion ont été mises en place à par­tir des années 1950, au sein de popu­la­tions ayant reçu des expo­si­tions géné­ra­le­ment impor­tantes : sur­vi­vants des bom­bar­de­ments d’Hiroshima et de Naga­sa­ki, expo­si­tions médi­cales (irra­dia­tions thé­ra­peu­tiques), expo­si­tions pro­fes­sion­nelles (radio­logues, mineurs) et expo­si­tions envi­ron­ne­men­tales dues à des acci­dents ou à des essais nucléaires. Ces études ont débou­ché sur des don­nées épi­dé­mio­lo­giques éta­blis­sant de manière nette l’existence de can­cers radio-induits, de fré­quence crois­sante avec le niveau d’exposition pour des doses au-des­sus d’une cer­taine valeur.

La relation « dose-effet »

Conce­voir un sys­tème de pro­tec­tion à voca­tion universelle

Sur la base des connais­sances acquises en radio­bio­lo­gie et en épi­dé­mio­lo­gie, la CIPR a pro­gres­si­ve­ment conçu un sys­tème de radio­pro­tec­tion à voca­tion uni­ver­selle. En par­ti­cu­lier, les résul­tats acquis sur les sur­vi­vants des bom­bar­de­ments ato­miques d’Hiroshima et Naga­sa­ki ont joué un rôle majeur dans la construc­tion de la rela­tion entre la dose de rayon­ne­ments ioni­sants et les effets (rela­tion dose-effet).

Ce sys­tème de radio­pro­tec­tion, com­plet et com­plexe, per­met de com­pa­rer entre elles les doses dues à des rayon­ne­ments de dif­fé­rents types, émis à des débits dif­fé­rents, et concer­nant des organes dif­fé­rents. Ain­si est appa­rue, en 1977, la gran­deur de mesure de la dose appe­lée sie­vert, dont l’effet bio­lo­gique est par défi­ni­tion équi­valent à celui d’un gray de rayons X dans les condi­tions de référence.

La cohorte témoin des survivants d’Hiroshima et Nagasaki

Une des études épi­dé­mio­lo­giques majeures dans le domaine des rayon­ne­ments ioni­sants est celle des sur­vi­vants des bom­bar­de­ments ato­miques d’Hiroshima et Naga­sa­ki. Les consé­quences immé­diates des deux explo­sions ont entraî­né quelque 200000 décès, sur une popu­la­tion des deux villes de 630 000 habitants.

Une étude de cohorte menée par les États- Unis et le Japon se pour­suit depuis 1950. Cette cohorte, dénom­mée la « Life Span Stu­dy », est carac­té­ri­sée par un effec­tif impor­tant (près de 86600 per­sonnes) repré­sen­ta­tif de la popu­la­tion géné­rale (hommes, femmes, enfants), un sui­vi com­plet de la mor­ta­li­té de cette popu­la­tion sur une durée de plus de cin­quante ans, et des don­nées de mor­bi­di­té (inci­dence) depuis 1958, et sur­tout la dis­po­ni­bi­li­té d’une esti­ma­tion de la dose reçue lors du bom­bar­de­ment pour cha­cun des indi­vi­dus de la cohorte, fonc­tion de son éloi­gne­ment de l’épicentre de la défla­gra­tion (entre 0 et 4 Sv, avec une moyenne de 200 mSv). Cette dose est due exclu­si­ve­ment à l’exposition externe, et se carac­té­rise par un débit de dose très éle­vé pen­dant un temps très court.

Cette cohorte, à laquelle des moyens d’analyse plu­ri­dis­ci­pli­naires impor­tants ont été consa­crés, four­nit une base impor­tante pour quan­ti­fier les effets à long terme des rayon­ne­ments ioni­sants, qu’il s’agisse de can­cers ou d’autres mala­dies. En 2000, plus de 55% des indi­vi­dus de cette cohorte étaient décé­dés, dont 10 085 par can­cer et 296 par leu­cé­mie. Com­pa­ra­ti­ve­ment à une popu­la­tion non expo­sée, il a été esti­mé que le nombre de ces décès attri­buables à l’exposition aux rayon­ne­ments ioni­sants était de 477 (4,7 %) pour les can­cers solides et de 93 (33 %) pour les leucémies.

Le risque et la dose

Cin­quante ans après Hiro­shi­ma et Nagasaki
Une aug­men­ta­tion de la dose com­pa­tible avec une rela­tion linéaire de la mor­ta­li­té par can­cer solide a été mise en évi­dence pour un grand nombre de sites de can­cer : pou­mons, esto­mac, colon, œso­phage, thy­roïde, ves­sie, seins et ovaires chez la femme. Les can­cers solides radio-induits appa­raissent avec une latence de quelques années à plu­sieurs dizaines d’années après l’exposition, et le nombre de cas en excès conti­nue à aug­men­ter encore aujourd’hui. L’excès de risque de décès par leu­cé­mie est appa­ru deux ans après l’exposition, a atteint un maxi­mum huit ans après l’exposition puis a dimi­nué avec le temps. Un excès de risque, faible mais signi­fi­ca­tif, per­siste encore cin­quante ans après l’exposition.

À par­tir de quelle dose observe-t-on une aug­men­ta­tion du risque de can­cer ? Sur l’ensemble de la cohorte (de 0 à 4 Sv), l’excès de risque rela­tif (ERR) esti­mé est de 0.47 par Sv (c’est-à-dire que le risque rela­tif de can­cer aug­mente de 47% à chaque aug­men­ta­tion d’un Sv) et l’écart type (reflé­tant l’incertitude asso­ciée à l’estimation de l’ERR) est de 0,05 par Sv. Cela montre une aug­men­ta­tion sta­tis­ti­que­ment signi­fi­ca­tive du risque rela­tif de can­cer avec la dose ; en effet, comme l’indique le degré de signi­fi­ca­ti­vi­té asso­cié, la pro­ba­bi­li­té de se trom­per lorsque l’on conclut que cet ERR est dif­fé­rent de zéro est infé­rieure à 1 pour 1000 et reste infé­rieure à 5 % jusqu’à une éten­due de dose res­treinte à 125 mSv.

En des­sous de cette valeur, l’incertitude asso­ciée à l’estimation de l’ERR devient trop impor­tante pour que l’on puisse affir­mer la vali­di­té de cette rela­tion dose-effet.

Un système international de radioprotection

Fon­dé sur le prin­cipe d’une rela­tion dose-effet linéaire et sans seuil, ce sys­tème a pour objec­tif d’organiser la pro­tec­tion radio­lo­gique des indi­vi­dus en rédui­sant autant que pos­sible leur expo­si­tion aux rayon­ne­ments ioni­sants. La mise en place d’un tel sys­tème de radio­pro­tec­tion « uni­ver­sel » à par­tir de résul­tats scien­ti­fiques acquis dans des cir­cons­tances par­ti­cu­lières (prin­ci­pa­le­ment la cohorte évo­quée plus haut) exige d’accepter des hypo­thèses qui ont voca­tion à être confor­tées (ou modi­fiées) au fur et à mesure des pro­grès scientifiques.

En effet, il s’agit de pro­té­ger l’ensemble de la popu­la­tion, qui pré­sente des carac­té­ris­tiques et des condi­tions d’exposition le plus sou­vent dif­fé­rentes des popu­la­tions sur les­quelles des résul­tats épi­dé­mio­lo­giques sont disponibles.

Trois hypothèses en question pour les faibles doses

Une base impor­tante pour quan­ti­fier les effets à long terme

Les trois grandes hypo­thèses, dont la vali­di­té n’est pas démon­trée dans le domaine des « faibles doses », sont les suivantes :

– extra­po­la­tion d’une rela­tion dose-effet linéaire, depuis les domaines où les don­nées sont vali­dées (gros­so modo au-des­sus de 150 mSv) jusqu’à une dose nulle : il n’y aurait donc pas de dose sans effet, sta­tis­ti­que­ment parlant ;
– ana­lo­gie des effets entre des expo­si­tions de durée très courte à forte inten­si­té et des expo­si­tions chro­niques à très faible débit de dose (moyen­nant des coef­fi­cients de réduc­tion des effets par rap­port aux expo­si­tions à fort débit de dose) ;
– non-prise en compte de fac­teurs de dif­fé­ren­cia­tion pré­sents au sein des popu­la­tions expo­sées (âge, sexe, cofac­teurs d’exposition, état de san­té, varia­tion « natu­relle » des taux de fré­quence des can­cers, etc.).

L’épidémiologie pour mieux connaître les risques aux faibles doses

Depuis les années 1970, des études épi­dé­mio­lo­giques ont été mises en place au sein de popu­la­tions dura­ble­ment expo­sées à des doses faibles déli­vrées à faible débit (expo­si­tions pro­fes­sion­nelles ou envi­ron­ne­men­tales). Dans ces études, les doses cumu­lées sont sou­vent infé­rieures à quelques dizaines ou cen­taines de mSv, et la mise en évi­dence d’un excès de risque néces­sai­re­ment limi­té est ren­due dif­fi­cile par plu­sieurs éléments :

Des hypo­thèses dont la vali­di­té reste à démontrer

– l’existence d’autres fac­teurs de risque des can­cers étu­diés (fac­teurs de confu­sion) qui, s’ils ne sont pas contrô­lés, peuvent entraî­ner des varia­tions de risque supé­rieures à celles qui sont recherchées ;
– le bruit de fond consti­tué par l’exposition à la radio­ac­ti­vi­té natu­relle, variable selon les régions, qui peut repré­sen­ter une expo­si­tion d’un ordre de gran­deur simi­laire à celui de l’exposition étudiée ;
– la varia­bi­li­té natu­relle des taux de can­cer selon les popu­la­tions et les pays ;
– les biais inhé­rents aux études épi­dé­mio­lo­giques, qui peuvent mas­quer ou exa­gé­rer l’excès de risque obser­vé par rap­port à celui qui existe réellement ;
– la faible capa­ci­té des études aux faibles doses à démon­trer de très faibles effets. Cette limi­ta­tion exige de consi­dé­rer des popu­la­tions de très grande taille.

Prérequis à remplir

Tcher­no­byl
L’IRSN consi­dère qu’il n’est pas pos­sible de mener une étude épi­dé­mio­lo­gique cré­dible des éven­tuels effets sur la popu­la­tion fran­çaise liés aux retom­bées de l’accident de Tcher­no­byl, alors même qu’il est éta­bli que l’est du pays a été plus expo­sé que l’ouest. En effet, les doses reçues, davan­tage fonc­tion de l’alimentation que du posi­tion­ne­ment géo­gra­phique d’un indi­vi­du don­né, ne sont pas reconstituables.

Dans le domaine des faibles doses, pour four­nir des résul­tats per­ti­nents en termes d’évaluation du risque, les études épi­dé­mio­lo­giques doivent donc rem­plir plu­sieurs prérequis :
– veiller à la qua­li­té du pro­to­cole et de sa mise en oeuvre : seules des études ana­ly­tiques de type cohorte ou cas témoins doivent être envi­sa­gées, et un effort par­ti­cu­lier doit être fait pour limi­ter les biais poten­tiels (par exemple le nombre de per­dus de vue dans une étude de cohorte, ou le taux de non-réponse dans une étude cas témoins) ;
– ne pas négli­ger la durée de sui­vi : on sait que le délai entre l’exposition aux rayon­ne­ments ioni­sants et la sur­ve­nue de can­cers radio-induits peut atteindre plu­sieurs dizaines d’années. La durée de sui­vi doit donc s’étendre sur plu­sieurs décen­nies, et inclure l’âge de sur­ve­nue des can­cers « natu­rels » (en par­ti­cu­lier, pour les études en milieu pro­fes­sion­nel, le sui­vi doit s’étendre au-delà de la période d’activité) ;
– recons­ti­tuer les expo­si­tions et les doses de manière fiable. Si des méthodes mathé­ma­tiques sophis­ti­quées per­mettent de prendre en compte les incer­ti­tudes et les erreurs de mesures, elles ne peuvent se sub­sti­tuer à des don­nées cré­dibles d’exposition.

Autres paramètres

Il est éga­le­ment impor­tant de contrô­ler les prin­ci­paux fac­teurs de confu­sion : les can­cers peuvent être cau­sés par de nom­breux fac­teurs envi­ron­ne­men­taux ou com­por­te­men­taux. La col­lecte d’informations la plus com­plète pos­sible sur les fac­teurs de confu­sion connus per­met d’éclairer l’analyse de la rela­tion dose-effet (par exemple, le com­por­te­ment taba­gique asso­cié à l’exposition au radon pour le risque de can­cer du pou­mon). Si cette col­lecte est sou­vent dif­fi­cile sur de très grands effec­tifs, elle peut être envi­sa­gée dans le cadre d’études cas témoins nichées au sein de larges cohortes.

Autre exemple, il a été éta­bli que la non-prise en compte de la caté­go­rie socio­pro­fes­sion­nelle dans l’analyse de la cohorte de tra­vailleurs fran­çais du nucléaire consti­tuée des sala­riés Are­va et CEA entraî­nait une sur­es­ti­ma­tion impor­tante de l’excès de risque de sur­ve­nue d’un can­cer. Enfin, une étude doit dis­po­ser a prio­ri d’une puis­sance sta­tis­tique suf­fi­sante au regard de son objectif.

L’interprétation de résul­tats d’une étude ne doit pas être faite sans connaître la capa­ci­té de cette étude à détec­ter l’effet atten­du. Dans le domaine des faibles doses, l’obtention d’une puis­sance suf­fi­sante passe sou­vent par la réa­li­sa­tion d’études inter­na­tio­nales, menées de manière coor­don­née, avec des pro­to­coles exi­geants. C’est ain­si qu’a été mis en évi­dence le risque de can­cer du pou­mon asso­cié à l’exposition domes­tique au radon.

Radon
Sur la base du prin­cipe de linéa­ri­té du risque, il pour­rait être jugé pré­fé­rable, d’un point de vue de san­té publique, de cher­cher à réduire l’exposition au radon dans les loge­ments en prio­ri­té dans les régions très urba­ni­sées, même si la concen­tra­tion atten­due en radon est faible, car le nombre de « can­cers évi­tés » appa­raî­tra sta­tis­ti­que­ment plus grand que celui rela­tif à des zones à forte expo­si­tion, mais peu peu­plées. Pour­tant, il est aujourd’hui sus­pec­té que les méca­nismes bio­lo­giques mis en jeu par les orga­nismes vivants en réponse à une faible expo­si­tion aux rayon­ne­ments ioni­sants soient dif­fé­rents (sti­mu­la­tion des sys­tèmes de répa­ra­tion de l’ADN, seuil d’effet, effet de proxi­mi­té cel­lu­laire…) de ceux mis en jeu à plus fort débit de dose. Si tel est le cas, il fau­drait concen­trer l’effort sur les habi­ta­tions des zones très expo­sées au risque radon.

Faire avancer la radiobiologie

L’enjeu socié­tal de ces ques­tions est par­ti­cu­liè­re­ment considérable

L’utilisation sans pré­cau­tion des para­digmes du sys­tème de radio­pro­tec­tion peut conduire à des affir­ma­tions ou des choix sani­taires mal fon­dés. C’est ce qui explique les chiffres très dif­fé­rents publiés ici ou là sur le nombre de décès liés à l’accident de Tcher­no­byl. L’enjeu socié­tal de ces ques­tions est par­ti­cu­liè­re­ment consi­dé­rable dans un pays comme la France, dépen­dant de l’industrie nucléaire pour son éner­gie élec­trique. C’est pour­quoi il paraît indis­pen­sable de déve­lop­per un effort de recherche mul­ti­dis­ci­pli­naire, alliant expé­ri­men­ta­tion sur modèle ani­mal, tra­vaux fon­da­men­taux sur les méca­nismes de réponse des com­po­sants cel­lu­laires au stress radio­ac­tif, et études épi­dé­mio­lo­giques de vali­da­tion sur l’homme des résul­tats de ces recherches. Tel est l’objet de l’association euro­péenne Melo­di, qui vise à fédé­rer les prin­ci­paux orga­nismes de recherche com­pé­tents dans ces disciplines.

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