La radioactivité est un phénomène exclusivement naturel jusqu’en 1934 où Irène et Frédéric Joliot-Curie découvrent la radioactivité artificielle. Cette





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Figure 6: le dosimètre permet de mesurer

l'intensité des rayonnements auxquels le

travailleur est soumis
Quant à l’électroscope il permit à Henri Becquerel de découvrir une des propriétés de la radioactivité : celle d’ioniser la matière. En effet, en chargeant électriquement la tige de l’électroscope, la feuille d’or s’agite et s’écarte. En revanche, lorsqu’un rayonnement ionise l’air ambiant, les feuilles d’or se rapprochent. (Le déroulement de cette expérience sera développé par la suite).
-le compteur Geiger Muller : un gaz approprié est enfermé dans un cylindre traversé par un fil métallique qui joue le rôle d’électrode .Une haute tension électrique est appliquée entre le fil (+) et le cylindre (-). Les rayonnements pénètrent par une fenêtre et ionisent le gaz. Dans celui-ci, tout ce qui est devenu positif va vers le cylindre (-) et ce qui est négatif vers le fil (+). Tous ces mouvements de particules électrisées provoquent dans un circuit extérieur un signal électrique. S’il y a un haut parleur, un signal sonore est perçu sous forme d’un grésillement caractéristique : crac, crac….



Figure 7: Le compteur Geiger Muller

-la chambre à brouillard : un rayonnement ionisant qui passe dans une « chambre » contenant un gaz saturé en vapeur d’eau (vapeur prête à se condenser) provoque, le long de sa trajectoire, l’apparition de fines gouttelettes d’eau liquide. Ces gouttelettes constituent une sorte de traînée blanche visible à l’œil nu.

(cette expérience sera aussi expliquée en annexe). Il existe aussi deux autres chambres plus performantes : la chambre à étincelles et la chambre multifils.
-le détecteur à scintillations est le plus utilisé : un matériau (solide, liquide ou gazeux), bombardé par un rayonnement ionisant, émet de brefs « flashs lumineux ».


- Le détecteur à semi-conducteurs est le plus performant : cet instrument détecte des rayonnements dix fois moins énergétiques que ceux détectés avec les instruments précédents. C’est le détecteur le plus sensible. Un semi-conducteur est isolant particulier qui devient conducteur dans certaines conditions, par exemple, sous l’effet d’un rayonnement ionisant. Il passe alors un bref courant électrique que l’on détecte avec des appareils très sensibles.

Ainsi, la radioactivité, qui se départage en trois rayonnements, peut être trouvée dans la nature ou créée par l’Homme. Ces rayonnements peuvent être détectés et mesurés par divers appareils.

II. Les effets néfastes de la radioactivité sur l’organisme :
Tous les êtres vivants sont soumis aux effets de la radioactivité naturelle. A cela s’ajoute les effets de la radioactivité produite par l’Homme.

Ses conséquences sur l’organisme sont nocives à partir de certaines doses.

Cependant, la radioactivité est exploitée dans le domaine médical afin de guérir des personnes atteintes de maladies jusqu’alors incurables.



  1. Les effets nocifs :


Il y a contamination à chaque fois que des substances radioactives sont présentes dans un milieu ou sur la surface d’un objet. En effet, les rayonnements α, β et γ constituent un danger pour l’Homme du fait qu’ils ionisent la matière. L’origine d’une contamination est externe ou interne.

Lors de la contamination interne, le rayonnement atteint l’organisme de trois manières : par inhalation, par ingestion, ou par fragment. Dans les trois cas, les rayonnements atteignent le sang et auront donc les mêmes conséquences sur l’organisme. Par inhalation, de très petites particules d’oxyde d’Uranium Appauvri (UA) sont inhalées, mélangées à des particules d’alliages aléatoires.

Par ingestion, les substances radioactives sont contenues dans les liquides ou dans les aliments que nous absorbons, ou bien elles sont déposées sur un objet que nous portons à la bouche.

Par blessure, c'est-à-dire par fragment, la barrière de la peau est franchie.


La contamination externe correspond au contact de l’organisme avec un élément radioactif : des substances peuvent se déposer sur le corps humain.


Figure 8: la contamination externe



Les conséquences de ces contaminations sur l’organisme varient en fonction de la dose ingérée, du type de radiation (α, β ou γ), et de la radio-sensitivité du tissu humain.

Pour mesurer la dose de radioactivité, trois grandeurs différentes sont à prendre en compte : le Becquerel, le Gray, et le Sievert. A quoi se réfèrent-elles ?

L’activité d’un échantillon radioactif est le nombre de désintégrations que subit le noyau par seconde .Le becquerel est l’unité qui détermine cette activité .1 becquerel (Bq)= 1 désintégration par seconde.

La dose absorbée par la matière irradiée représente l’énergie du rayonnement ionisant absorbé par unité de masse de la matière irradiée.

On distingue deux sortes de dose absorbée :

  • la dose : il s’agit d’une grandeur utilisée en radiothérapie, elle correspond à la quantité d’éléments radioactifs introduite dans l’organisme. Son unité est le Gray (Gy). 1 gray =1 joule par kg de matière irradiée

  • l’équivalent de dose : pour une même dose absorbée, les effets varient en fonction de la nature du rayonnement. On utilise donc une grandeur, définie pour les besoins de la radioprotection : le Sievert (Sv).

A partir du moment où le corps est irradié, les effets sont inévitables ; mais ils varient en fonction de la nocivité du rayonnement. Les rayons α et β sont beaucoup moins pénétrants que les rayons gamma qui peuvent pénétrer profondément et traverser les organes : de ce fait, leur parcours dans la matière n’est que de quelques millimètres. Par conséquent, les effets d’une irradiation externe par les rayons alpha et bêta se limiteront à la peau. Par contre, leurs effets sont plus graves lorsqu’il s’agit d’une irradiation interne, c'est-à-dire lorsque l’élément radioactif est introduit dans l’organisme. Dans ce cas, peu de tissus seront affectés mais les destructions seront localement importantes.

En revanche, les rayonnements gamma, très pénétrants, peuvent s’introduire dans l’organisme depuis l’extérieur, parfois même le traverser ; et les dommages causés sont beaucoup plus répandus, et donc plus importants que les rayons α et β.




  1. Au niveau moléculaire :


En fonction des rayonnements, la matière subit des dommages plus ou moins importants.

De même qu’on ne peut détruire la matière sans en détruire ses constituants, les atomes, de même la cellule est le constituant principal de l’être vivant et son altération en compromettra la survie. Ainsi, dans les cellules eucaryotes, on trouve un noyau entouré d’un cytoplasme, le tout enfermé dans une membrane, la membrane cellulaire.



9: les constituants principaux d'une cellule eucaryote

En ce qui concerne le noyau, il est constitué de très longues molécules d’Acide Désoxyribonucléique, c'est-à-dire l’ADN. Elle comporte deux brins enroulés l'un autour de l'autre en double hélice. Chacun est constitué par une succession de nucléotides, les désoxyribonucléotides, formés par l'enchaînement d'un acide phosphorique, d'un glucide (désoxyribose) et d'une base (adénine, guanine, cytosine ou thymine). Les deux brins ne sont pas identiques ; chaque base d'un brin est en regard d'une base de l'autre brin selon une règle précise de complémentarité : ainsi, une adénine est toujours en face d'une thymine, et une guanine en face d'une cytosine.

La succession des éléments sur la double hélice constitue le code génétique de chaque individu.



10: la molécule d'ADN, constituant fondamental de la cellule vivante
Or, c’est ce même ADN qui détermine la différenciation, c'est-à-dire la fonction, des cellules produites. Certaines cellules sont destinées à assurer la défense de l’organisme. Ainsi, c’est l’ADN qui défend l’organisme contre toute sorte d’agresseur. Les rayonnements radioactifs font partie de ces agresseurs.

A chaque duplication de l’ADN lors de la division cellulaire, le matériel génétique transmis aux cellules filles est identique à celui de la cellule mère. Ainsi, s’il y a mutation de l’ADN pour une cause quelconque, cette mutation sera retrouvée dans la suite des duplications.

Lorsqu’il atteint les cellules vivantes, un rayonnement ionisant entre plus ou moins en interaction, selon sa nocivité, avec les atomes qu’il rencontre en leur cédant une partie de son énergie, ce qui entraîne alors des ionisations. Ainsi, des molécules peuvent être altérées, en particulier l’ADN, qui est alors le centre des milliards d’informations concernant l’individu. Il risque alors de se produire des lésions au niveau d’un ou des deux brins d’ADN. Il faut par ailleurs savoir que les cellules qui se divisent très vite, c'est-à-dire les cellules reproductrices et les cellules cancéreuses, sont particulièrement sensibles aux rayonnements.

Si l’irradiation atteint le noyau des cellules, la lésion produite est soit un choc direct sur la structure de la double hélice de l’ADN, soit une attaque indirecte avec la radiolyse (Décomposition de substances chimiques obtenue par action de rayonnements ionisants) de l’eau du cytoplasme. Cette hydrolyse entraîne la création de radicaux libres (Molécule présente dans certaines cellules et possédant un électron célibataire en périphérie) OH et H. Ces radicaux étant des molécules incomplètes, sont hautement réactifs. La molécule OH attaque alors l’ADN en rompant les liaisons chimiques de carbone et d’hydrogène (C-H). Les lésions causées sont des cassures de un ou deux brins de la chaîne, une modification des liaisons chimiques entre chaînes, des additions de molécules ou la création de nouveaux pontages entre ADN et protéines.

La plupart de ces lésions peuvent être réparées et une centaine de systèmes enzymatiques interviennent à cette fin.

Si la cassure ne concerne qu’un brin d’ADN, celle-ci peut rapidement être réparée puisque la cellule possède un complexe enzymatique ayant pour fonction de « corriger les erreurs ». Cette enzyme, l’ADN-polymérase, détecte toute modification et répare les lésions à l’aide du brin complémentaire. Ainsi, un nouveau fragment de chaîne est synthétisé utilisant la chaîne intacte comme modèle.

En revanche, les conséquences sont plus graves si le rayonnement a atteint les deux brins car il n’y a pas dans ce cas de brin intact qui puisse servir de modèle. Dans ce cas, il existe plusieurs systèmes de réparation des liaisons double brin. L’un d’eux consiste à prendre modèle, pour la réparation, sur le segment homologue de l’autre molécule d’ADN de la cellule. Cette technique est dite recombinaison homologue. Le risque d’erreur est relativement faible. Cependant, celui-ci est beaucoup plus élevé pour les autres systèmes où le rétablissement de la continuité des deux brins est effectué sans prendre comme modèle l’autre molécule d’ADN. Cette réparation entraîne la perte d’un nombre variable de paires de bases. C’est la délétion (perte d’un fragment d’ADN). Elle empêche la mort de la cellule mais au prix d’un risque de mutation ou de perte d’information.

2. Au niveau cellulaire :

Le devenir de la cellule irradiée dépend du nombre et de la nature des lésions moléculaires non réparées. Lorsque les lésions sont fidèlement réparées, l’effet de l’irradiation est nul. Si les lésions sont non ou mal réparées, trois situations peuvent se présenter.

- Perte de viabilité de la cellule, c'est-à-dire l’incapacité de la cellule à se diviser et à donner naissance à des cellules viables, elles-mêmes capables de se diviser. Cette inaptitude à la division cellulaire peut se manifester dès la première mitose ou, plus fréquemment, au bout de quelques mitoses.

- Elimination par apoptose (mort cellulaire programmée) d’une cellule dont l’ADN n’a pas été correctement réparée. Les effets tissulaires surviendront si le nombre de cellules mortes dans un tissu est suffisamment élevé.

- Modification permanente du patrimoine héréditaire. Au niveau d’une cellule germinale (cellule reproductrice), une mutation peut induire un effet génétique chez les descendants. Pour les cellules somatiques, une cellule mutée peut, si d’autres altérations du génome s’accumulent dans la même cellule, donner naissance à un cancer. Cependant il existe des mécanismes de contrôles de la prolifération cellulaire et un système d’immunovigilance susceptibles de reconnaître les cellules anormales et de les détruire mais son efficacité n’est pas totale.

Concernant les effets tissulaires, deux catégories d’effets biologiques peuvent être observées chez les personnes irradiées : les effets déterministes et les effets stochastiques (aléatoires).

Les effets déterministes sont observés après des expositions à des doses absorbées importantes (dans la plupart des cas, plus de 1000 à 2000 mGy). Ils ne surviennent que lorsqu’une proportion importante de cellules d’un tissu irradié a été tuée par les rayonnements et lorsque cette perte ne peut être compensée par une augmentation de la prolifération cellulaire. La perte tissulaire est de plus compliquée par des processus inflammatoires et, si les lésions sont suffisamment étendues, par des phénomènes secondaires au niveau systémique (fièvre, déshydratation…).

De plus, les effets possibles des processus de cicatrisation des cellules mortes peuvent contribuer à des lésions supplémentaires et à une perte de fonction d’un tissu ou d’un organe (modifications fibrotiques affectant les organes internes, cataracte, stérilité…).

Il faut rappeler que plus la dose absorbée est importante et plus la fréquence d’un effet déterministe donné s’accroît. La caractéristique de cette relation est la présence d’une dose seuil. En dessous de cette dose, aucun effet ne peut être diagnostiqué mais à mesure que la dose augmente, l’intensité des lésions provoquées augmente nettement.

Les effets stochastiques concernent les cellules somatiques ou germinales irradiées. Les modifications provoquées par l’irradiation des cellules peuvent avoir deux effets cliniquement significatifs, l’apparition de cancers et les mutations héréditaires.

3. Au niveau macroscopique :

Les effets des radiations peuvent ne pas être immédiats. Le temps écoulé entre l’irradiation et l’apparition de ses conséquences sur l’organisme est appelé le temps de latence. Le cancer est l’une des principales conséquences de l’irradiation sur l’organisme. Tout d'abord, rappelons ce qu'est un cancer : il s’agit d’une dégénérescence de cellules qui se reproduisent anormalement rapidement, indépendamment du fonctionnement de l'organisme. Or, de pareils comportements cellulaires sont la conséquence d'une modification de l'ADN.     

Les cancers radio-induits ne se distinguent d'aucune façon des autres cancers. L’effet cancérigène de la radioactivité a été déterminé à partir de résultats observés lors d’enquêtes sur les populations irradiées par des accidents nucléaires tels que ceux d’Hiroshima, de Nagasaki ou de Tchernobyl.

Les conclusions de ces études sont les suivantes :

- l'exposition à de fortes doses de rayonnements augmente la probabilité de certains cancers ;

- la fréquence des cancers est très variable d'un tissu à l'autre pour une même dose de radiation. Après des doses supérieures à 1 Gy, des enquêtes ont montré une augmentation de l'incidence de certains cancers : de la thyroïde chez l'enfant, du sein chez la femme, ou encore la leucémie ;

- les cancers radio-induits apparaissent après un certain temps de latence (5 à 10 ans pour les leucémies, jusqu'à 40 ans pour d'autres cancers) ;

- la fréquence des cancers dans une population varie en fonction de la dose reçue. Un effet cancérogène n'est statistiquement décelable que pour des doses élevées de l'ordre de 1 Gy en dose individuelle moyenne. Au-delà, il y a proportionnalité de la fréquence à la dose. En-dessous de 1 Gy, l'étude statistique des observations ne met pas en évidence de différence significative entre un groupe irradié et un groupe non irradié. Pour les faibles doses de rayonnement, on admet par prudence : qu'il n'y a pas de dose seuil, que toute dose comporte un risque, que ce risque est proportionnel à la dose reçue. Les experts évaluent ce risque à une valeur comprise entre zéro et 125 cancers pour 10000 personnes qui auraient reçu 1 Gy.

L'organisme peut faire face au risque de cancer. En effet, nous possédons un gène (situé sur le bras court du chromosome 17) qui code une protéine appelée P53. Lors d'une dégénérescence cellulaire, cette protéine est lâchée au niveau des cellules mutantes et a pour but de permettre la réparation de l'ADN. Pour cela, elle bloque momentanément la division cellulaire au moment de l'interphase : dans ce cas la réparation de l'ADN est possible. Mais il s'avère parfois que les dégâts sont irréversibles et la P53 ordonne alors à la cellule mutante de s'autodétruire. Mais notre système immunitaire n’est pas sans faille. Ainsi, l’apparition de cancer est expliquée.

Aussi, si les radiations atteignent les cellules germinales (reproductrices), les effets seront génétiques et donc héréditaires : la modification de l’ADN de ces cellules entraînera des mutations au niveau des caractères génétiques transmis à la descendance. L’exemple de Tchernobyl a été la preuve des effets héréditaires de la radioactivité sur les populations irradiées.


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