Les rayonnements ionisants peuvent donner lieu à des effets stochastiques (aléatoires) ou déterministes (non stochastiques). Les effets déterministes apparaissent si l'on dépasse une dose d'irradiation minimum. Au dessus de ce seuil, les effets sont facilement observés chez la plupart ou la totalité des personnes exposées et la gravité augmente en fonction de la dose. La fréquence et la gravité d'un effet déterministe [...], sont raisonnablement prévisibles. Une brûlure par irradiation est un exemple d'un effet déterministe.

Chez l'adulte, les effets non stochastiques dominent quand la dose au niveau du corps entier est supérieure à environ un sievert. La stérilité temporaire chez l'homme constitue une exception. Elle peut survenir à partir d'une dose absorbée unique d'environ 0,15 grays au niveau des testicules.¹ En ce qui concerne les enfants, le seuil pour les malformations congénitales et autres anomalies de croissance a été estimé à 0,25 gray d'irradiation jusqu'à 28 jours de grossesse.

Des doses d'irradiation uniques supérieures à 1 gray provoquent le "mal des rayons": les effets aigus comprennent des nausées, des vomissements et des diarrhées, quelquefois accompagnés de malaises, de fièvre et d'hémorragies. La victime peut mourir en quelques heures, jours ou semaines. La stérilité et les brûlures par irradiation peuvent représenter d'autres effets aigus selon la dose absorbée et le rythme de l'exposition. La DL50 (DL pour dose létale, et 50 pour 50 pour cent) est la dose provoquant la mort de la moitié d'une population exposée en soixante jours, en l'absence de traitement médical. Cette DL50 est d'environ 4 sieverts pour des adultes (voir page 7 pour les définitions des doses). La période de soixante jours est parfois mentionnée explicitement, et la dose est alors appelée DL 50/60.[...]

Pour des doses d'irradiation inférieures à environ 1 sievert, ce sont les effets stochastiques qui sont au centre des inquiétudes. Les effets stochastiques les plus importants, le cancer et les atteintes génétiques transmissibles, peuvent apparaître de nombreuses années ou même des décennies après l'exposition. On pense qu'il n'y a pas de seuil minimum pour ces effets; on s'attend à les retrouver au fur et à mesure de l'abaissement de la dose, mais avec une fréquence plus faible. Toutefois les incertitudes concernant les faibles doses (10 millisieverts ou moins) sont très importantes. L'importance des effets des faibles doses d'irradiation a eu tendance à être révisée à la hausse au fil des ans mais reste controversée.

Comme les rayonnements ionisants peuvent endommager le matériel génétique de quasiment n'importe quelle cellule, un cancer peut survenir à de nombreux endroits du corps. L'effet réel dépend en partie de la voie d'exposition. Par exemple, une irradiation externe par des rayons X ou un rayonnement gamma, peut affecter l'ADN de cellules hématopoïétiques (qui participent à la formation du sang) ou de nombreux organes, de manière à provoquer des cancers de ces organes des décennies plus tard. Il faut noter que la sensibilité des tissus aux dommages de la radioactivité est variable. Par exemple, les muscles sont moins sensibles que la moelle osseuse.

Il y a de nombreuses voies de transfert par lesquelles le corps peut être exposé à une irradiation interne. Des produits de filiation du radon, présents dans une mine d'uranium souterraine, peuvent être inhalés par des mineurs et finir dans leurs poumons. Des particules de plutonium 239 ou d'autres actinides, qui émettent principalement des particules alpha à haut TLE (transfert linéique d'énergie), peuvent être inhalées et déposées sur l'épithélium des bronches dans le poumon. Une dose d'irradiation à partir de telles voies d'exposition augmente le risque de cancer du poumon. De plus, des particules solubles peuvent être absorbées et diffusées, à travers les systèmes sanguin et lymphatique, aux autres parties du corps. Certains éléments, comme le radium, le strontium ou l'iode, ont tendance à s'accumuler dans certains organes. Par exemple, l'iode 131 transmet l'essentiel de sa dose de rayonnements ionisants à la glande thyroïde, faisant de celle-ci le siège le plus probable pour un cancer consécutif à l'irradiation. L'iode 131 est aussi utilisée pour combattre le cancer de la thyroïde, dans la mesure où les rayonnements émis détruisent les cellules cancéreuses en même temps que les saines. Mais quand la thyroïde n'est pas malade, l'irradiation n'affecte que les cellules saines.

Estimation du risque de cancer résultant des rayonnements ionisants

Diverses institutions ont procédé à l'estimation du risque de cancer résultant de l'exposition à des rayonnements ionisants, en particulier le Comité scientifique des Nations Unies pour l'étude des effets des rayonnements ionisants (UNSCEAR), le Comité sur les effets biologiques des radiations ionisantes de l'Académie nationale des sciences américaine (BEIR), et la Commission internationale de protection radiologique (CIPR). Ces estimations sont dérivées principalement des études sur les survivants des bombardements d'Hiroshima et de Nagasaki, et aussi sur différents groupes de personnes qui ont reçu des doses d'irradiation dans un but thérapeutique ou diagnostique, ou qui ont été exposés dans leur travail, comme les peintres de cadrans au radium et les mineurs d'uranium.

Les études sur les survivants des bombardements atomiques d'Hiroshima et Nagasaki indiquent des excès de cancers statistiquement significatifs pour des doses supérieures à 0,2 grays. Ces doses ont été absorbées en un laps de temps très bref, à la suite des explosions. Un certain nombre de problèmes surgissent lorsqu'on utilise de telles données pour estimer les risques de cancer pour des doses plus faibles de rayonnements ionisants ou des doses transmises graduellement.

Le premier problème est de savoir comment extrapoler la relation dose-effet jusqu'à des doses faibles. On considère généralement que le modèle "linéaire sans seuil" s'applique, c'est-à-dire que le risque est directement proportionnel à la dose, sans effet de seuil. Comme le principal effet des faibles doses de rayonnements est le déclenchement d'un cancer et que le cancer est une maladie répandue aux causes multiples, il n'est pas encore possible de vérifier le modèle linéaire sans seuil; néanmoins, il y a de nombreux éléments radiobiologiques en faveur de cette théorie et elle est généralement retenue pour les besoins de la protection de la santé publique, comme l'établissement de normes.

Le deuxième problème est qu'on doit faire une hypothèse sur la manière dont les calculs sur les risques de cancer vont changer dans le futur. Après tout, plus de la moitié des survivants d'Hiroshima et de Nagasaki sont encore en vie. En ce moment, les données correspondent plus à un modèle de risque relatifc'est-à-dire que le risque de cancer est proportionnel au risque "spontané" ou "naturel". Si cela est exact, il y aura un nombre croissant de cancers induits par les rayonnements, au fur et à mesure du vieillissement des populations de survivants.

Un troisième problème provient du fait que l'efficacité biologique relative des rayonnements dépend partiellement de l'énergie de la radiation. Par exemple, les données indiquent que les neutrons et les particules alpha à basse énergie pourraient induire plus efficacement des dommages biologiques que les particules à énergie élevée (par unité d'énergie absorbée).² Ainsi, en supposant un facteur de qualité constant, comme on le fait dans la pratique courante, on peut parfois aboutir à une estimation inexacte de la dose.

Finalement, il reste des incertitudes quant aux effets des faibles doses et faibles débits de dose des rayonnements à faible TLE (transfert linéique d'énergie). La conclusion du Comité BEIR, de la CIPR, et d'autres, est que les faibles doses et les faibles débits de dose de rayonnements à faible TLE produisent moins de cancers, particulièrement de leucémies, que ce qu'on pourrait s'attendre d'une extrapolation linéaire des données concernant les rayonnements à faible TLE pour les hautes doses et les hauts débits de dose (c'est-à-dire que l'effet est non linéaire pour des doses et des débits de dose faibles). Malheureusement, les bases de données épidémiologiques pour évaluer la validité de ces ajustements du facteur d'efficacité du débit de dose sont clairsemées.

Malgré ces limitations potentielles, la plupart des projections de nombres de cancers continuent d'utiliser les estimations de facteurs de risques des comités officiels de protection radiologique. Leurs estimations actuelles sont les suivantes:

• UNSCEAR, 1993:³ 0,11 cancer mortel par homme-sievert pour des doses élevées (comparables à celles subies par les survivants des bombardements d'Hiroshima et Nagasaki). Pour les faibles doses, l'UNSCEAR déclare: "on ne peut citer un chiffre unique" de facteur de réduction de risque, "mais il est clair que ce facteur est petit. Les données issues d'études japonaises suggèrent un facteur ne dépassant pas 2."⁴ Pour une population située entre 18 et 64 ans [...], un facteur deux aboutit à un risque de cancer mortel de 0,04 par homme-sievert en cas de faibles débits de dose.

• Le Comité BEIR, 1990:⁵ 0,08 cancer mortel par homme-sievert pour une dose unique de 0,1 sievert, à partir des données des survivants d'Hiroshima et Nagasaki. Ce chiffre n'est pas ajusté en fonction d'un quelconque facteur de réduction de risque pour des faibles débits de dose.

• CIPR, 1991:⁶ 0,05 cancer mortel par homme-sievert pour la population entière et 0,04 cancer mortel par homme-sievert pour des travailleurs adultes, les deux estimations étant pour des faibles doses et tenant compte d'un facteur de réduction de 2 du débit de dose.

• L'Agence de protection de l'environnement (EPA) américaine utilise un facteur de risque de cancer de 0,06 par homme-sievert.⁷ Dans la mesure où le taux de fréquence de cancer est environ 50 % supérieur à celui de mortalité par cancer, le risque implicite de cancers mortels est d'environ 0,04 par homme-sievert.

Les estimations du risque par unité de dose pourraient être à nouveau revues de manière significative (à la hausse ou à la baisse). Comme le Comité BEIR le fait remarquer:

La plupart des survivants de la bombe A sont encore en vie, et le suivi de leur mortalité doit être maintenu si on veut avoir des estimations fiables au niveau du risque sur une vie entière. C'est particulièrement important pour les survivants qui ont été irradiés in utero ou alors qu'ils étaient enfants, et qui arrivent maintenant dans la tranche de vie ou le risque de cancer est maximum.⁸

8. National Research Council 1990, p. 8