L'irradiation est l'exposition, volontaire ou accidentelle, d'un organisme, d'une substance, d'un corps, à des rayonnements. Ce terme est en particulier utilisé lorsque l'on considère l'exposition à des rayonnements ionisants.
Unités d'irradiation et d'activité
L'irradiation et la radioactivité s'expriment dans des unités spécifiques.
Gray L'unité SI utilisée pour mesurer une irradiation physique est le gray (symbole Gy). Le gray mesure une énergie fournie par unité de masse, indépendamment de ses effets biologiques.
La température augmente pour des puissances de l'ordre du kilograyUn gray correspond à un joule par kilogramme, donc : un kilogray augmentera donc d'un quart de degré la température d'un milieu liquide., et le mégagray est l'ordre de grandeur de ce qu'il faut pour cuire un rôti dans un four à micro-ondes.
Les irradiations rencontrées en radiobiologie correspondent à des énergies par unité de masse beaucoup plus faibles, insuffisantes pour chauffer la matière exposée. On utilise généralement le gray pour exprimer des irradiations assez fortes (par exemple en radiothérapie) : pour des faibles doses, on utilise plus fréquemment le milligray, voire le microgray.
Rad L'ancienne unité du rad (symbole rd), que l'on retrouve encore dans de nombreuses publications, correspond au centigray (ce qui explique que ce sous-multiple soit fréquemment utilisé). On a donc = , ou = .
En termes de radioprotection, le rad est une unité d'un bon ordre de grandeur : en dessous du rad, les effets radio-biologiques sont trop faibles pour être statistiquement significatifs ; un opérateur peut évoluer à titre exceptionnel dans des environnements de quelques rads par heure, mais sous surveillance et pas trop longtemps ; des débits de quelques centaines ou milliers de rads par heure imposent en pratique de travailler par télé-opération.
Sievert L'unité utilisée pour mesurer les effets stochastiques d'une irradiation sur un organisme est le sievert (symbole Sv), qui inclut des termes correctifs permettant de prendre en compte la dangerosité relative des différents rayonnements et la sensibilité relative des différents tissus. Le risque de cancer à terme est beaucoup plus élevé pour un gray de neutrons reçu en tout point de l'organisme que pour un gray de rayons β limités à une petite surface de peau : la mesure en sieverts (la dose efficace) permet de prendre en compte ces différences de risques.
Les faibles doses sont typiquement exprimées en millisieverts (mSv), voire en microsieverts (µSv). Si l'on néglige ces termes correcteurs, les irradiations corps-entier exprimées en sievert ou en gray sont du même ordre de grandeur pour les rayonnements habituellement rencontrés en radio-protection.
Becquerel L'unité utilisée pour mesurer l'activité d'une source radioactive est le becquerel (symbole Bq), qui mesure le nombre de désintégrations radioactives par seconde. Il permet de représenter indirectement la quantité de matière radioactive présente, si l'on connait par ailleurs l'activité massique du radionucléide concerné.
Le becquerel est une unité très petite, parce que le moindre atome qui se désintègre est comptabilisé, et il y a beaucoup d'atomes dans une quantité pondérale de matière (voir nombre d'Avogadro). Un corps humain moyen a ainsi une activité naturelle de dix mille becquerels. La conversion entre l'activité (exprimée en becquerels) et l'effet biologique (exprimé en sieverts) dépend de la nature et de l'énergie des rayonnements impliqués, mais correspond toujours à un facteur extrêmement faible. Ainsi, l'auto-irradiation du fait de la radioactivité naturelle du corps humain () induit une exposition de , avec un facteur de conversion de vingt microsieverts par kilobecquerel (µSv/kBq) et par an.
Sources d'irradiation
La principale source d'irradiation est naturelle. Le niveau de l’exposition naturelle varie selon le lieu, généralement dans le rapport de un à trois. Dans de nombreux endroits il peut être beaucoup plus élevéRapport UNSCEAR 2000, Comité scientifique des Nations Unies pour l'étude des effets des rayonnements ionisants, Rapport à l'Assemblée générale, avec annexes scientifiques, 2000 A/55/46, ISSN 0255-1381 (2000).
L'irradiation naturelle provient principalement du radon, un gaz radioactif produit par les traces d'uranium présentes dans certaines roches comme le granite. Ce gaz émane du sol (dans des proportions très variables suivant la nature du terrain) et peut se concentrer dans les habitations mal ventilées. Le radon conduit à une exposition qui peut être très variable, de 1 à . En dehors du radon, l'irradiation due aux substances minérales radioactives peut également être importante localement, à proximité de gisements à haute teneur en uranium ou en thorium, ou encore plus rarement, dans des maisons accidentellement construites avec de telles roches ; mais une faible activité naturelle peut être mesurée dans tout matériau de construction : plâtre, brique, béton L'exposition correspondante est également très variable, de 0,1 à .
Les rayons cosmiques sont également une source notable d'irradiation naturelle, d'autant plus forte que l'on est en altitude. Au niveau de la mer et sous des latitudes moyennes, la dose est voisine de . C'est à cause des rayons cosmiques que l'irradiation augmente lors des voyages en avion. Ces irradiations ne sont pas nécessairement dangereuses à ces faibles niveaux ; une analyse statistique montre au contraire que le risque de cancer diminue significativement avec l'altitude aux États-UnisJohn Hart, Seunggeun Hyun, Cancer mortality, state mean elevation, and other selected predictors, Dose-Response, 10:58–65, 2012.
Les substances radioactives présentes dans la nature sont également une source d'irradiation : 10 % de l'irradiation moyenne reçue par une personne provient de son propre corps, principalement du fait de la désintégration du carbone 14 et du potassium 40 (principalement présent dans les os). Cette irradiation est pratiquement constanteJacques Pradel, « Radioactivité et repères naturels », Société française d'énergie nucléaire..
L'homme est également soumis à des rayonnements provenant de sources artificielles. La radioexposition peut résulter de l’activité professionnelle (radiologue, travailleur de l'industrie nucléaire), et dans ce cas, dépend très largement de cette activité. Le niveau moyen de radioexposition professionnelle est généralement comparable à celui de l’exposition au rayonnement naturel, mais un faible pourcentage de travailleurs reçoivent des doses plusieurs fois supérieures à cette dernière. L’exposition des travailleurs est soumise à des limites internationalement définies, qui sont environ dix fois supérieures à l’exposition moyenne au rayonnement naturel.
La principale cause d'irradiation est médicale, reçue lors d'examens radiologiques (radiographies, fluoroscopies et surtout scanners). Cette irradiation varie avec les pratiques médicales. Le niveau moyen d’exposition dû aux utilisations médicales des rayonnements dans les pays développés est équivalent à environ 50 % de l’exposition moyenne au rayonnement naturel dans le monde.
Certaines activités humaines contribuent à accroître l'irradiation naturelle : c’est le cas par exemple de l’extraction et de l’utilisation de minerais contenant des substances radioactives, ainsi que de la production d'énergie lorsque l’on brûle du charbon contenant de telles substances. En effet, le charbon contient du , de l'uranium et du thorium, et sa combustion les concentre d'un facteur dix dans les cendres. Une partie de cette radioactivité naturelle est également rejetée dans les fumées et contribue à augmenter légèrement l'exposition des riverains autour des centrales à charbon (autant voire plus que les rejets des centrales nucléaires, c'est-à-dire de l'ordre du microsievert par an)D.K. Myers, Cancers and genetic defects resulting from the use of various energy sources, Atomic Energy of Canada Limited, rapport AECL-6084 (1978).
D'autres sources sont une forme de pollution résultant de l'utilisation du nucléaire civil ou militaire, parfois à très grande distance : retombées radioactives des essais aériens d'armes nucléaires, des accidents nucléaires tels que Tchernobyl ou Fukushima, rejets industriels, etc. Leur contribution à la dose annuelle moyenne à la population mondiale a atteint un pic de en 1963 (en raison des essais nucléaires atmosphériques), puis a diminué et est de en 2000. Ces doses annuelles sont restées relativement faibles, atteignant au maximum environ 7 % du rayonnement naturel.
En France, l'impact moyen des rejets industriels (réacteurs, industrie du combustible, traitement des déchets) est inférieur à quelques millièmes de la radioactivité naturelle« Quelques repères sur la radioactivité », CEA.. Ces activités n’entraînent généralement des expositions qui ne correspondent qu’à une faible fraction de la dose moyenne d’irradiation naturelle dans le monde. Toutefois, les riverains habitant à proximité d'installations rejetant des matières radioactives dans l’environnement peuvent recevoir des doses plus élevées.
Les téléphones portables ou les lignes à haute tension génèrent des rayonnements électromagnétiques de fréquence plus faible que la lumière visible, et sont beaucoup trop faibles pour être des rayonnements ionisants. Même si ce sont des rayonnements non-ionisants, ils constituent des sources d'irradiationDéfinition du mot irradiation, Dictionnaire Larousse.
Effets des irradiations
Niveau de l'irradiation reçue
thumb|La superposition d'une réponse positive à seuil (A) et d'une réponse négative linéaire sans seuil (B) donne une réponse nécessairement non linéaire (courbe C) et potentiellement un effet d'hormèse.
Ces radiations, que nos sens ne peuvent pas détecter, perturbent le fonctionnement des cellules vivantes. Les molécules comme l'ADN et les protéines constituant les cellules subissent des dégâts (rupture de liaisons chimiques, modifications de la structure). Face à cette agression, les systèmes de défense dont disposent toutes les cellules vont tenter de réparer les dommages. Dans la plupart des cas, cette réparation sera efficace. Si les dégâts sont trop importants, l'élimination de la cellule est opérée par des processus de mort cellulaire (par apoptose par exemple). Le danger provient des réparations imparfaites qui peuvent aboutir à des cellules déclenchant un cancer des années après l'irradiation. À très forte dose d'irradiation, les systèmes de défense ne peuvent plus faire face à cette importante mortalité des cellules perturbant les fonctions vitales pouvant aller jusqu'au décès.
Suivant l'intensité de l'irradiation subie (en une seule fois sur l'ensemble du corps), on peut distinguer trois zones d'effets : le syndrome d'irradiation aiguë (ou « maladie des radiations ») est déterministe et à effet de seuil : il est systématiquement observé au-delà d'une certaine dose (plus de reçus) et ne se manifeste pas en deçà d'un certain seuil (moins de ) ; les effets stochastiques sont statistiquement mesurables pour des doses supérieures à . On s’accorde généralement pour dire que le surcroît de risque relatif à est de 1,06, ce qui correspond (pour un risque naturel de cancer de l'ordre de 20 %) à un taux de cancer provoqué de 1 % pour ;