Irradiation !!??
Un projet de longue haleine
Le projet, au nom de code projet Manhattan, a été initié en 1942, trois ans avant la fin de guerre, mais moins de 7 mois après l'entrée en guerre des États-Unis. Les bombes à l'uranium et au plutonium, développées en parallèle et en secret par les États-Unis (avec l'assistance du Royaume-Uni et du Canada, ainsi que de nombreux savants européens) étaient les deuxième et troisième engins à devoir être utilisés et sont restés les seuls déployés depuis cette date sur un théâtre d'opérations.
Trinity
Le premier essai d'une bombe atomique, Trinity (surnommée « le gadget » en partie du fait que ce n'était pas une arme opérationnelle), eut lieu dans un désert du Nouveau-Mexique le 16 juillet 1945, sur la base aérienne d'Alamogordo. C'était un modèle au plutonium, car les Américains avaient plus de doutes sur cette technologie que sur celle à l'uranium.
La décision
La décision de lancer les bombes sur le Japon fut prise par le président américain Harry S Truman pour plusieurs raisons que les historiens se sont efforcés d'analyser, pondérer ou écarter : satisfaire l'opinion publique en vengeant les soldats tués sur le front du Pacifique, réduire la durée de la guerre et éviter un débarquement sur l'archipel, mettre en place une stratégie pour contrer l'Union Soviétique et avoir une force de frappe dissuasive ou encore justifier un programme dont le coût avait été exorbitant[4]. Comme il est détaillé dans la discussion à la fin de cet article, le fait que les bombardements atomiques aient été ou non justifiés reste depuis lors un sujet de controverse[5].
Quelques heures après l'explosion, le nuage atomique ayant atteint des zones plus froides et s'étant chargé d'humidité, la pluie se mit à tomber sur Hiroshima. Elle contenait des poussières radioactives et les cendres qui lui donnaient une teinte proche du noir, et a été de ce fait désignée par le terme de « black rain » dans la littérature anglo-saxonne.
Les retombées de produits de fission entraînés par la pluie ont été relativement limitées, comparées à celles consécutives à une explosion au sol (voir le cas de Castle Bravo). Elles ont porté sur une zone de 30 x 15 km2 au nord-ouest du point d'explosion ; et on estime qu'elles ont entraîné une exposition externe cumulée de 1.8 à 44 rad[21], c'est-à-dire de 18 à 440 mGy (au plus de l'ordre de 0,5 Sievert). Ces niveaux d'exposition sont insuffisants pour entraîner les effets déterministes du syndrome d'irradiation aiguë, mais pour les personnes les plus fortement exposées (plus de 0,1 Sv), peuvent conduire à long terme à des effets stochastiques faible mais statistiquement détectables. Par exemple 0,5 Sv (maximum) pourrait correspondre en théorie à un risque de survenue de cancer de 2,5%.
Irradiation
Effets médicaux à long terme de l’irradiation
- Les leucémies : À partir de 1947, une augmentation de l’incidence des leucémies a été observée parmi les survivants irradiés. Un maximum fut atteint en 1951, ensuite cette incidence a décliné[39] pour disparaitre en 1985. Sur 50 000 survivants irradiés suivis de 1950 à 1990, il a été observé 89 cas de leucémies mortelles attribuables aux radiations (soit moins de 0,2% des survivants irradiés suivis) [40].
- Les cancers « solides » : Le suivi des survivants irradiés a montré, à partir de la fin des années 1950, une augmentation progressive de l’incidence des cancers, en particulier ceux du poumon, du tube digestif et du sein. Sur 50 000 survivants irradiés suivis de 1950 à 1990, il a été observé 339 cas de cancers mortels attribuables aux radiations (soit environ 0,6%).
- Effets médicaux autres que les cancers chez les survivants irradiés : survenue de cataractes, de stérilité (souvent réversible chez l'homme), d’une augmentation de la fréquence des maladies (non cancéreuses) pulmonaires, cardiaques ou digestives avec une possible diminution de la durée de vie. Le nombre de ces décès semble égal au nombre ou à la moitié du nombre de ceux dus aux cancers et leucémies (soit environ de 0,5% à 1%)[41].
Le nombre des morts dus aux effets à long terme des bombardements nucléaires est, d'après ces chiffres, dérisoires par rapport à celui des victimes des premiers mois. En mars 2007 au Japon, près de 252 000 personnes encore vivantes sont considérées « hibakusha » (survivants de la bombe). Mais, de ce nombre, moins de 1% (2242 exactement) sont reconnues comme souffrant d'une maladie causée par les radiations[42].
Il y a plusieurs causes d’irradiation :
- La principale cause a été l'irradiation instantanée au moment de l'explosion (irradiation externe par neutrons et rayons γ émis par les réactions nucléaires dans la bombe)[34]. Elle a représenté une dose létale pour 50% des personnes exposées à l’extérieur (soit 4 Gy) à un peu plus de 1 km de distance de l’hypocentre. Les bâtiments, en particulier ceux en béton, ont apporté une certaine protection.
- Beaucoup moins importante (car la bombe a explosé loin du sol) est l'irradiation par la radioactivité induite (activation neutronique) : Au moment de l'explosion, le bombardement par les neutrons a rendu les matériaux près de l'hypocentre radioactifs par formation de radionucléides. Cette radioactivité a diminué rapidement et est restée confinée à une zone où le rayonnement thermique avait normalement déjà presque tout tué. On estime qu'elle représentait le premier jour, au maximum, une dose cumulée de 0,6 Gy. Du deuxième au cinquième jour, elle représentait moins de 0,1 Gy. En quelque jours elle est devenue insignifiante[35].
- Encore moins importante, l'irradiation suite aux retombées radioactives : c'est-à-dire irradiation par les radionucléides produits lors de l'explosion et retombant du nuage atomique sous forme de poussières ou de pluie noire. À Hiroshima, l’explosion ayant été aérienne, il y eut assez peu de retombées car le nuage s'éleva rapidement à très haute altitude où les radionucléides se dispersèrent (dose cumulée totale maximum au sol de 0,4 Gy).
Les signes d’irradiation ont été retrouvés chez 30% des survivants blessés de Hiroshima et Nagasaki, responsable peut-être de 5 à 15% des décès[36], souvent par syndrome d'irradiation aiguë. Le nombre exact des décès liés au syndrome d'irradiation aiguë est difficile à déterminer car la plupart de ces victimes présentaient également des brûlures thermiques étendues, rapidement fatales avec une symptomatologie générale assez semblable. Aucun effet des radiations n'a été mis en évidence au-delà de 2,4 km de l’hypocentre.
- La principale manifestation a donc été le syndrome d'irradiation aiguë: De quelques jours à quelques semaines après l’attaque, les victimes irradiées ont présenté une phase de prodromes avec asthénie, céphalées, nausées et vomissements. Après une phase de latence de quelques jours à quelques semaines au cours de laquelle l'état de santé des victimes semblait s’améliorer survenait une aggravation avec asthénie, céphalées, nausées, vomissements, diarrhées, immunodépression, perte des cheveux, hémorragies et éventuellement décès. Au bout de 4 mois et en l'absence de décès, l’évolution s'orientait vers la guérison[37].
- Exposition in utero des fœtus, conséquence de l'irradiation de femmes enceintes. Il a été observé des morts in utero (avortement), des retards de croissance, des retards mentaux ou des malformations (non héréditaires)[38].
Le syndrome d'irradiation aiguë (ou, anciennement, maladie des rayons) désigne un ensemble de symptômes potentiellement mortels qui résultent d'une exposition ponctuelle des tissus biologiques d'une partie importante du corps à une forte dose de rayonnements ionisants, en particulier à une radioactivité intense.
Il se manifeste généralement par une phase prodromique non létale dans les minutes ou heures qui suivent l'irradiation. Elle dure quelques heures à quelques jours et se manifeste le plus souvent par les symptômes suivants : diarrhée, nausée, vomissements, anorexie (manque d'appétit), érythème (rougeurs de peau). S'ensuit une période de latence dite Walking Ghost Phase, d'apparente guérison, d'autant plus courte que l'irradiation est sévère ; elle dure quelques heures à quelques semaines. Enfin, survient la phase aiguë, potentiellement mortelle, qui se manifeste par un vaste spectre de symptômes possibles, dont les plus fréquents sont liés à des troubles hématopoïétiques (production des cellules sanguines), gastro-intestinaux, cutanés, respiratoires et cérébro-vasculaires.
Les sources de rayonnement naturelles ne sont généralement pas assez puissantes pour provoquer le syndrome, de sorte qu'il résulte le plus souvent d'activités humaines : accident nucléaire grave dans un laboratoire ou une centrale nucléaire (accident de criticité par exemple), exposition à une source radioactive puissante (source médicale ou d'instrumentation) ou explosion atomique.
Effets au niveau cellulaire [modifier]
L'ADN est une des molécules les plus sensibles de la cellule aux rayonnements ionisants. Les mécanismes de réparation permettent de réparer la plupart des lésions (cassures chromosomiques) quand la dose est administrée de manière suffisamment lente ou de manière fractionnée, mais une dose de 2 Gy ou plus reçue rapidement suffit à tuer une cellule en voie de division ; les cellules matures en revanche sont moins sensibles. Le second effet notable est une inhibition de la mitose (cf. figure ci-contre) dont la durée dépend de l'intensité de l'irradiation[7].
Les effets sur les tissus se manifestent dans les jours aux semaines qui suivent : dépeuplement cellulaire, atrophie et dégradation des fonctions tissulaires. De par l'interférence avec la mitose, ce sont les tissus qui se régénèrent le plus rapidement qui sont principalement touchés : peau (couche basale de l'épiderme, seuil : ~ 6 Gy), moelle osseuse et organes lymphoïdes (seuil : ~ 2 Gy) , intestin (revêtement épithélial, seuil : ~ 10 Gy), gonades (spermatogonies, seuil : ~ 0,15 Gy, ovocytes, seuil : ~ 1,5–2 Gy), cristallin (épithélium antérieur, seuil : ~ 1–3 Sv), voies respiratoires (seuil : ~ 6–10 Gy). Les embryons sont particulièrement radiosensibles.
Phases
Aux très fortes doses (> 20–50 Gy) le système nerveux est touché ; désorientation, ataxie (incoordination des mouvements volontaires), délire, coma, convulsions, puis mort surviennent quelques minutes à quelques heures après l'exposition. Une période de récupération partielle des capacités de quelques heures peut être observée.
Pour des doses moindres (1–20 Gy), le syndrome se déroule en trois phases[8][7] :
- une phase prodromique, non mortelle, débute entre quelques minutes et quelques heures après l'exposition et dure au plus quelques jours, avec, en fonction de l'intensité de l'exposition : fatigue, céphalée (mal de tête), nausée et/ou vomissements, érythème (rougeurs de peau) ;
- une période de latence de quelques jours à deux semaines durant laquelle le patient recouvre tout ou partie de ses capacités ;
- une phase aiguë, potentiellement mortelle, dure un mois à deux ans, avec des problèmes hématologiques, gastro-intestinaux, respiratoires et/ou cutanés, selon la gravité de l'exposition et les organes principalement touchés, les symptômes pouvant être nausée, vomissements, asthénie (fatigue générale), anorexie (perte de l'appétit), alopécie (perte des cheveux et des poils), érythème, ulcération ou nécrose de la peau, immunodépression (faiblesse du système immunitaire), saignements incontrôlés de la bouche, hémorragies internes, diarrhée et déshydratation, douleurs thoraciques, insuffisance respiratoire.
La survenue de la phase prodromale est d'autant plus rapide que l'irradiation est sévère ; la durée de la période de latence diminue avec l'importance de la radio-exposition.
Survie et conséquences à long terme
| débit de dose | 0,2 Gy/h | 1 Gy/h | 10 Gy/h | 100 Gy/h |
|---|---|---|---|---|
| soins minimaux | 4,5 | 3,7 | 3,3 | 3,3 |
| soins intensifs | 6,4 | 5,8 | 5,3 | 5,2 |
| + facteurs de croissance | 7,8 | 7,3 | 6,5 | 6,1 |
Pour une irradiation interne, le décès a généralement lieu dans les deux mois suivant l'irradiation, par infection ou hémorragie interne (1,5–10 Gy) ou par diarrhée de type dysentrique. Il est attesté à partir de 1,5 Gy (exposition rapide, sans soins) et est quasi-certain au-delà de 10 Gy. Pour des doses intermédiaires, la survie dépend de soins intensifs. Dans le cas d'une irradiation externe, par des rayonnements peu pénétrants, la peau et les voies respiratoires peuvent être spécifiquement touchées ; la mort peut alors survenir pour des doses élevées (> 8–10 Gy) dans les semaines ou mois suivant l'exposition.
En cas de survie, la survenue de maladies cardio-vasculaires, digestives, et respiratoires dans les années suivantes est fréquente. La stérilité féminine définitive est possible à partir de 2 Gy. La stérilité masculine temporaire est fréquente, y compris à des doses ne provoquant pas de symptômes (à partir de 0,15 Gy).
Les personnes âgées et les enfants sont particulièrement sensibles à une radio-exposition aiguë.
Stérilité
La stérilité féminine permanente touche 60% des patientes exposées à 2,5–5 Gy (dont 100% des plus de 40 ans) et 100% à partir de 8 Gy. Des effets chez certaines femmes de plus de 40 ans s'observent dès 1,5 Gy.
L'azoospermie (donc stérilité) masculine temporaire est observée chez 100% des hommes exposés à 0,3–0,5 Gy entre 4 et 12 mois après l'irradiation avec une récupération totale dans les deux ans ; l'oligozoospermie peut s'observer dès 0,1 Gy. Au-delà de 2–3 Gy, l'azoospermie s'observe dès les deux premiers mois suivant l'exposition et dure au moins 3 ans. La stérilité permanente est attestée pour des doses de 5 à 15 Gy sur les gonades[7].
Cataracte r
La cataracte touche 10% des patients exposés à 2 Gy, 50% à 5 Gy et 90% à 10 Gy.
Effets sur l'embryon
Les fœtus sont particulièrement radiosensibles ; les risques liés sont la fausse couche ainsi que la tératogénèse : microcéphalie, retard mental, malformation, retard de croissance. Ces effets ont été étudiés chez les hibakusha. Une exposition à 1,4 Gy — dose provoquant un syndrome léger chez l'adulte — d'un embryon de 8 à 15 semaines provoque 75±20% (intervalle de confiance : 90%) de déficience mentale grave par la suite ; cette proportion tombe à 37±15% pour un fœtus âgé de 16 à 25 semaines[13]. Aucun n'effet notable n'est observé sur le quotient intellectuel pour un âge gestationnel de plus de 26 semaines ou de moins de 8, ainsi que pour des doses inférieures à 0,1 Gy ; pour une dose de 0,1 à 0,5 Gy, la déficience moyenne, tous âges confondus, est de 8 ± 6 (intervalle de confiance : 95%) points de QI[14]. Le retard de croissance est observé chez les sujets exposés à plus de 1 Gy, il est de l'ordre de 10 cm[14].
Effet stochastiques
Des effets stochastiques à long terme sont aussi observables : maladies cardiaques, respiratoires et digestives. Le risque de mortalité s'élève de 14% par sievert dans les 30 années suivant la radio-exposition avec un seuil de 0,5 Sv[8].