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II) Les effets de l´explosion à long terme
1) Les effets des rayonnements sur l´organisme
a) Introduction

   Lors de l'explosion atomique d'Hiroshima, une énorme quantité d'éléments radioactifs a été libérée soit par la fission de l'uranium 235 en éléments radioactifs moins lourds, soit par les rayonnements de photons gamma et de neutrons libérés lors de l'explosion. Si des doses massives de rayonnements sont mortelles à coup sûr, il est plus difficile d´analyser les effets des doses modérées. Lorsque les doses sont trop faibles, les effets sont tellement infimes qu'ils sont difficiles à distinguer de toutes les autres atteintes subies par notre organisme (nous subissons tous quotidiennement une dose minime de radioactivité, mais les dégâts causés sont trop faibles pour avoir des effets conséquents).
    Ainsi, pour mesurer les effets radioactifs de la bombe d'Hiroshima sur les individus dans les régions aux alentours de l'épicentre, il est nécessaire d´utiliser la notion de dose et de se servir d´ une échelle de mesure permettant de passer de la quantité de désintégration par seconde (Becquerel) à l'unité de mesure de la dose absorbée (Gray) et également à l'unité de mesure de la dose efficace (Sievert). Puis afin de comprendre les méfaits de la bombe atomique, nous étudierons les mutations à l'échelle moléculaire pour permettre ensuite d'expliquer les effets macroscopiques subits par l'homme.

b) Les unités de mesures indispensables à l'étude de la radioactivité (Becquerel, Gray, Sievert)

   Pour comprendre le fonctionnement des unités de mesure de la radioactivité, faisons une analogie simple avec les rayons constituant la lumière visible. Il s'agit de mesurer d'une part l'intensité de la source lumineuse (par exemple le nombre de photons que le Soleil émet par seconde) d'autre part l'intensité de la lumière reçue en un point donné (qui dépend de la distance à la source, des obstacles interposés et des écrans absorbeurs de lumière : nuages, parasols...). Enfin l'effet biologique sur l'organisme (sensation de chaleur, coup de soleil, cancer induit par les UV).
   De même, dans le cas des rayonnements ionisants, l'intensité de l'émission est mesurée en Becquerel (nombre de désintégrations par seconde), l'intensité des rayonnements reçus par l'organisme est mesurée en Gray (nombre de joules par kilogramme de matière), l'intensité des effets biologiques sur l'organisme est mesurée en Sievert (par l'intermédiaire des doses).

c) Les relations entre Gray et Sievert

   Le Becquerel mesure le nombre de désintégration par seconde d'un élément donné. Ce peut être des désintégrations naturelles, ou forcées (cas de la fission). Dans les deux cas, la désintégration entraîne un changement de masse et grâce à la relation d'Einstein E = m.c2, on peut calculer la libération d'énergie en Joule. Ainsi on obtient la relation entre Becquerel et Gray (Joule / kg de matière).Pour obtenir la relation entre Gray et Sievert, il est indispensable d'établir la notion de dose : une dose est une grandeur caractérisant l'effet biologique d'une irradiation sur les personnes qui y sont exposées.

La dose équivalente

Tous les rayonnements n´ont pas les mêmes effets sur l´organisme. La dose équivalente (Ht) traduit le fait que pour un même rayonnement (même nature et même intensité), l'effet sur un organe sera le même. Elle se calcule grâce à la relation :
Ht (Sv) = somme( Wr X Dtr )
Wr est un facteur tenant compte de la nocivité des différents rayons et Dtr est l'énergie déposée par kg de tissu par le rayonnement R (Gray).

Type et gamme d´énergie
Facteurs de pondérations radiologiques Wr
Photons, toutes énergies
1
Electrons et muons, toutes énergies
1
Neutrons, énergie de :       - moins de 10 keV
5
         - plus de 10 à 100 keV
10
                - plus de 100 keV à 2 MeV
20
               - plus de 2 MeV à 20 MeV
10
- plus de 20 MeV
5
Protons, autres que les protons de recul, énergie supérieur à 2 MeV
5
Particules α, fragments de fission, noyaux lourds
20

Facteur de nocivité des différents rayonnements

Prenons l´exemple d´une victime ayant reçu 0.3 gray de l´explosion d´Hiroshima sous forme de fragment de fission et de neutron de faible énergie (-de 10 KeV). La dose équivalente reçue serai alors égale à 7.5 Sv :
Ht = somme ( Wr X Dtr )
     = 0.3 X 20 + 0.3 X 5
     = 7.5


La dose efficace

   La dose efficace (E) tient compte des différences de sensibilité à l'irradiation des organes par le biais du facteur Wt :
Pour l´organisme, E(Sv) = somme(Wt X Ht) = Ht
car somme Wt est l´ensemble des organes contenus dans un organisme.
Pour calculer l´irradiation subie par un seul organe, on utilise la relation : E(Sv) = Wt X Ht.


Tissu ou organe
Facteurs de ponderations tissulaires Wt
Gonades
0.20
Moelle rouge
0.12
Colon
0.12
Poumons
0.12
Estomac
0.12
Vessie
0.5
Seins
0.5
Foie
0.5
Oesophage
0.5
Thyroïde
0.5
Peau
0.1
Surface des os
0.1
Autres
0.5

Facteur de sensibilité à l´irradiation des différents organes

Conclusion

    Il existe deux types d´effets sur l´organisme dûs à une forte irradiation : les effets déterministes et les effets probabilistes. Les effets probabilistes sont du type tout ou rien. Ainsi plus la dose de radioéléments reçue est élevée et plus le risque de cancer est élevé. Ce n'est pas le seul facteur déclencheur des cancers. Les rayons ultraviolets, le tabac et certains produits chimiques favorisent également leur apparition. La dose n'influence en rien la gravité du cancer, seul le temps entre sa formation et son diagnostic influence son développement. On peut établir un tableau de gradation des symptômes des effets déterministes sur un individu en fonction du nombre de Sievert reçu :

Sievert
Effets déterministes
- de 200 mSv
Aucun effet
De 200 mSv à 1.5 Sv
Lésions cutanées, rougeurs évoluant vers la nécrose
De 1.5 Sv à 5 Sv
irradiation aiguë : fatigue, anorexie, nausée, chute de numération sanguine
De 5 Sv à 10 Sv
Hospitalisation impérative, céphalée, diarrhée
Une chance sur 2 de survivre sans traitement
+ de 10 Sv
Fièvre, prostration, coma, mort

Pour comprendre la gravité des effets des rayonnements ionisants, il est indispensable de comprendre l'effet au niveau microscopique des ces rayonnements : les mutations.



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