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Radioprotection

Dossier - Radioactivité : les pionniers
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Ce deuxième dossier traite des pionniers, d'abord les découvreurs de la radioactivité, Becquerel et les Curie, puis de l'immense engouement qu'elle a connu pendant près d'un demi-siècle avant que les dangers qu'elle comporte ne deviennent de plus en plus inquiétants, et enfin des pionniers de la radiothérapie qui ont peu à peu fait de la radioactivité une arme de plus en plus efficace contre certains cancers.

  
DossiersRadioactivité : les pionniers
 

Les effets biologiques de la radioactivité, et plus généralement des rayonnements ionisants, ont attiré l'attention dès leur découverte. Les brûlures de la peau dues aux rayons X furent très vite remarquées, les cancers un peu plus tard en raison de leur période de latence. Les rayonnements ionisants (rayons alpha, bêta et gamma, et rayons X) arrachent des électrons aux atomes (ils les ionisent). Dans une cellule vivante, ils peuvent rompre des molécules comme l'ADN, directement ou par l'intermédiaire des radicaux libres qu'ils contribuent à former. Les dégâts provoqués dépendent de l'énergie du rayonnement, de sa nature (les alphas interagissent fortement, donc sur une courte distance, bêtas et gammas moins, mais sur une profondeur plus grande), de la cellule touchée (les cellules en phase de multiplication sont plus vulnérables car l'ADN est moins protégé), et, bien entendu, de l'intensité de la dose reçue et de son débitÀ forte dose et fort débit, les mécanismes normaux de réparation cellulaire sont saturés et la cellule meurt. À faible dose et faible débit, ces mécanismes parviennent à réparer les dégâts. La réparation est parfois incomplète et le fonctionnement de la cellule peut en être altéré. Les effets biologiques sont donc inévitables à forte dose (« déterministes ») et aléatoires à plus faible dosestochastiques »).

La toxicité des rayons X conduisit Antoine Béclère, le pionnier de la radiologie en France, à préciser dès 1904 les « Moyens de protection des médecins et de leurs patients contre l'action nocive des nouvelles radiations ». Gants, tabliers, protections de plomb commencèrent à faire leur apparition, mais peu de gens les utilisèrent au début.

Antoine Béclère (1856-1939), pionnier de la radiologie en France

William Herbert Rollins, dentiste à Boston, mena de 1896 à 1904 de nombreuses expériences sur le matériel de radiologie (tubes, collimateurs, protections), il montra que les rayons X pouvaient tuer le fœtus d'un cobaye (l'animal !) et il recommanda donc d'éviter les radiographies pelviennes des femmes enceintes. En 1906 fut formulée la loi de Bergognié et Tribondeau, pionniers de la radiobiologie : les rayons X agissent avec d'autant plus d'intensité sur les cellules que l'activité reproductrice de ces cellules est grande, et que leur morphologie et leurs fonctions sont moins définitivement fixées. La principale difficulté rencontrée, en dehors de la méconnaissance des mécanismes biologiques mis en œuvre, était le manque de moyens de mesure de l'énergie et du flux de ces rayons : la calibration de l'appareil consistait à mesurer le temps d'apparition d'une rougeur sur la main d'un cobaye (le radiologue, cette fois !). Il fallait une vingtaine de minutes pour cela et la dose reçue était alors de 5 à 6 grays, de quoi faire frémir tout radiologue contemporain (c'est à peu près la dose utilisée pour irradier un cancer du sein).

Le gray correspond à l'absorption d'une énergie d'un joule par kilo de tissu. Pour tenir compte de la différence d'effet biologique selon la nature du rayonnement et celle de la cellule, on a défini le sievert : un sievert correspond à un gray multiplié par des coefficients de pondération. La première norme, en 1902, correspondait à 0.1 gray par jour (30 grays par an). Elle n'était pas fixée par ses effets biologiques mais par la sensibilité du détecteur : une plaque photographique qui se voilait progressivement.

Les dangers du radium se sont également très vite manifestés. Giesel et Walkoff avaient relaté dès 1900 la brûlure sur leur bras due au contact pendant quelques heures d'un sel de radium faiblement actif. Les 3 et 4 avril 1901, Henri Becquerel emporta à une conférence un petit tube de sel de radium fortement actif prêté par Pierre Curie. Il le plaça dans son gilet et une forte rougeur apparut suivie d'une plaie suppurante. Pierre Curie reproduisit sur lui-même l'expérience de Giesel et il raconta par le menu l'évolution de la plaie dans une note à l'Académie des Sciences, « Action physiologique des rayons du radium », cosignée par Becquerel. Il signalait que Marie Curie avait elle aussi été brûlée et que leurs doigts desquamaient. La santé de Pierre Curie se détériorait d'ailleurs gravement, il était très fatigué, il avait d'intenses douleurs osseuses et il perdait facilement l'équilibre. Ces troubles étaient attribués au surmenage et à leurs difficiles conditions de travail, mais leur laboratoire était fortement contaminé : Marie Curie raconta plus tard que « L'une de nos joies était d'entrer la nuit dans notre atelier. Nous percevions de tous côtés les silhouettes lumineuses des flacons et des capsules qui contenaient ces produits. » Leurs carnets de notes furent décontaminés avant d'entrer à la Bibliothèque nationale, de nombreuses années plus tard, ainsi que le bureau et le laboratoire de Marie Curie à l'Institut du Radium (aujourd'hui musée Curie à Paris). Il est difficile d'estimer la quantité de rayonnement reçue par les Curie et leurs assistants, comme par tous les pionniers de la radioactivité, mais elle tournait probablement autour de 1 Sv/an (soit 300 fois la radioactivité naturelle).

Une page des carnets de laboratoire des Curie et son autoradiographie montrant les dépôts de radium dans l’angle supérieur gauche, ainsi qu’une empreinte de pouce en bas à droite. (Musée Curie, Paris)

« J'ai retiré ce radium de la pechblende
Et j'ai brûlé mes doigts à ce feu défendu »
Aragon (Les yeux d'Elsa 1942)

Les dangers du radium à forte dose étant bien établis, des doutes naquirent quant à l'innocuité du radium à de plus faibles doses : le cas des Radium girlspuis celui d'Eben Byers, permirent de comprendre que le radium s'accumulait dans les os et y détruisait les cellules de la moelle osseuse. Le danger majeur pour les médecins venait cependant des rayons X, beaucoup plus largement utilisés, et les premières normes de radioprotection datent de 1921 en Grande-Bretagne (X-ray and Radium Protection Committee), de 1922 aux États-Unis (Roentgen Ray Society). G. Pfahler suggéra en 1922 d'utiliser systématiquement des films photographiques pour enregistrer les doses reçues par les opérateurs et Edith Quinby l'imposa dès 1923 au personnel du Memorial Hospital de New York. À partir de ses travaux sur les opérateurs en radiologie, Arthur Mutscheller proposa en 1923 de limiter la dose de rayonnement tolérable à 700 mSv par an : cela correspondait à 1/10 des doses alors reçues par les opérateurs qui ne montraient aucun signe clinique d'irradiation. La même année, Rolf Sievert fit indépendamment une proposition analogue en suivant une démarche similaire (1/100 de la dose provoquant un érythème par mois). Il était alors extrêmement difficile de mesurer les doses de rayonnement émises par les appareils, et plus encore les doses reçues par les opérateurs et par les patients. Des décennies de tâtonnements furent nécessaires avant que soient mis au point et généralisés des compteurs simples et fiables. Mais c'était une étape indispensable pour pouvoir quantifier la relation entre irradiation et risque. Quantifier le risque n'était pas simple non plus dans la mesure où aux effets déterministes immédiats s'ajoutaient des effets stochastiques à long terme.

Une stèle fut érigée en 1935 à la mémoire de 350 physiciens et radiologues victimes des rayons X et de la radioactivité

Le généticien Hermann Joseph Muller, voulant accélérer les mutations chez les drosophiles (mouches du vinaigre) eut l'idée de les irradier avec des rayons X. Ses mesures quantitatives des taux de mutation en fonction de l'intensité du rayonnement firent la une des media en 1927 et elles déclenchèrent de très nombreux travaux sur les effets génétiques des rayonnements, en particulier chez l'homme. Il reçut le prix Nobel de médecine en 1946 « Pour la découverte de la production des mutations par les rayons X ». On vérifia très vite que les effets mutagènes ne se limitaient pas aux rayons X, mais s'étendaient aux rayons alpha, bêta et gamma. Les effets biologiques des rayonnements étaient d'ailleurs très étudiés, en particulier la possibilité qu'ils stimulent la croissance des végétaux. Par exemple Gioacchino Failla collabora avec le botaniste P.S. Henshaw en 1931 à une étude de l'efficacité comparée des rayons X et des rayons gamma (les uns et les autres sont des rayonnements électromagnétiques, mais d'énergie différente).

Le généticien H.J. Muller qui démontra que les rayonnements ionisants provoquaient des mutations.