Les rayons Gamma sont des radiations électromagnétiques ionisantes de très grande énergie émises par les matières radioactives : leur pouvoir de pénétration et d’ionisation de la matière leur confère la capacité de créer d'importants dommages aux cellules vivantes : atteintes cutanées, ophtalmologiques, hématologiques, cellulaires pouvant provoquer des cancers, des malformations fœtales. Les applications des rayons Gamma sont de plus en plus nombreuses...

Les rayons Gamma sont des radiations électromagnétiques ionisantes de très grande énergie émises par les matières radioactives : leur pouvoir de pénétration et d’ionisation de la matière leur confère la capacité de créer d'importants dommages aux cellules vivantes : atteintes cutanées, ophtalmologiques, hématologiques, cellulaires pouvant provoquer des cancers, des malformations fœtales.
Les applications des rayons Gamma sont de plus en plus nombreuses et concernent les utilisations médicales (radiodiagnostic et radiothérapie) et industrielles (jauges et traceurs, désinfection et stérilisation par irradiation). Les dangers spécifiques de l’émission de rayons Gamma par l’industrie de l’énergie électronucléaire (centrales, traitement et stockage des déchets nucléaires) ne fait pas l’objet de ce dossier.

La protection contre le rayonnement Gamma est impérative, tant par la prévention collective (vérification périodique des appareils, formation à leur utilisation, délimitation et signalisation des zones d’émission, écrans de protection, ventilation, confinement des sources radioactives, contrôles d’ambiance...) que par la prévention individuelle (dosimétrie, surveillance médicale renforcée, port d’équipements de protection...).

Caractéristiques du rayonnement Gamma

Les corps radioactifs ont des atomes instables, et, lorsque leur noyau se désintègre, ils émettent des radiations constituées de particules Alpha, Beta, et de rayons Gamma. Ces matières radioactives émettent ce rayonnement pendant toute leur désintégration jusqu’à atteindre une forme stable.

Les rayons gamma sont très pénétrants, encore plus que les rayons X, car ils ont une longueur d’onde très courte (entre 10-14 m et 10-11 m), inférieures aux distances interatomiques dans les molécules ; de plus ils sont très énergétiques et sans masse : ces caractéristiques leur permettent de passer au travers des matériaux avec un parcours dans la matière très long et les rayons Gamma sont très faiblement atténués dans l’air, ce qui leur confère une redoutable capacité d'irradier à grande distance, contrairement aux particules Alpha et Beta.

Lorsque les rayons Gamma traversent un corps, ils produisent des excitations et ionisations dans le matériau traversé quand ils heurtent des molécules : ce sont des rayons ionisants, comme les rayons X, qui arrachent ou ajoutent des électrons aux atomes qu’ils ionisent et, dans une cellule, ils peuvent rompre les molécules d’ADN et détériorer les structures cellulaires puis tissulaires dans une matière biologique. Les rayons Gamma sont moins ionisants que les particules Alpha ou Beta, mais les rayons Gamma sont très dangereux du fait de leur portée et de leur pouvoir de pénétration beaucoup plus grands.

Le blindage contre les rayons Gamma requiert une forte épaisseur qui permet de réduire petit à petit la dangerosité d’un flux : par exemple, un écran en plomb d'une épaisseur de 50 mm n’arrête que 90 % du rayonnement Gamma alors qu’il stoppe presque tout rayonnement X. On caractérise la capacité d’atténuation des matériaux par l’épaisseur qui arrête la moitié du flux de rayons Gamma entrant (couche de demi atténuation). Cette épaisseur est liée à la densité du matériau et à la taille des atomes qui le constituent : c’est pourquoi, le plomb est souvent utilisé comme écran. Pour l’eau par exemple, cette épaisseur est d’environ 15 cm, et plusieurs mètres de profondeur dans les piscines de stockage des barres de combustible des centrales nucléaires permettent de réduire le flux sortant à une quantité négligeable.

Les rayons X sont produits de façon artificielle par des appareils générateurs de rayons X qui n’émettent un rayonnement que lorsqu’ils sont sous tension (il suffit d’interrompre l’alimentation en courant électrique pour suspendre le flux), tandis que les rayons Gamma sont produits par une source radioactive sur laquelle on ne peut pas agir et qui émet en permanence des rayonnements ionisants en obéissant seulement à une loi de lente décroissance dans le temps, ce qui, à nouveau, caractérise leur extrême dangerosité.

Les situations de travail exposant aux rayons Gamma

De nombreuses activités utilisent des sources radioactives émettant des rayons Gamma pour profiter de leurs propriétés de pénétration et d’ionisation de la matière, dans la médecine, l’industrie, l’agronomie, et beaucoup de secteurs de recherche scientifique, et soumettent ainsi leurs travailleurs à une exposition professionnelle éventuelle.
De nombreuses installations fixes ou appareillages mobiles utilisés sur des chantiers, utilisent les propriétés des matières radioactives émettant des rayons Gamma.
Les sources radioactives se présentent sous forme scellée dans une enveloppe inactive qui empêche leur dispersion dans l'environnement (hors rupture) ou sous forme non scellée dans des enveloppes non étanches rendant une dissémination possible.
Quand la source est hors du blindage de protection ou que l’appareil est défectueux du fait par exemple de fuites par des ouvertures non blindées, l’opérateur est exposé aux rayons Gamma.

- Les applications médicales

→ La médecine nucléaire thérapeutique permet de traiter certains types de cancer, en neurologie par exemple : le Couteau-Gamma chirurgical (radiochirurgie aux rayons Gamma), envoie de multiples faisceaux concentrés de rayons Gamma dirigés vers les cellules cancéreuses pour stopper leur prolifération.
Des médicaments radio-pharmaceutiques, comme l'iode 131 pour le traitement du cancer de la thyroïde, sont utilisés pour détruire les cellules cancéreuses.

→ L’imagerie médicale emploie des techniques utilisant des rayons Gamma pour diagnostiquer une large gamme de pathologies : une Caméra-Gamma (ou caméras à scintillation) administrée à un patient est utilisée pour former une image par scintigraphie en détectant le rayonnement Gamma émis, afin d'obtenir une image fonctionnelle d'un tissu ou d'un organe depuis l’intérieur du patient.

→ L’analyse biologique avec des radio-marqueurs.

- Les applications industrielles

On utilise des sources de rayons Gamma pour faire des tests non destructifs sur des pièces métalliques, pour contrôler des épaisseurs et des niveaux, pour stériliser des aliments, pour effectuer de la chimie sous rayonnement...
→ Les jauges radiométriques d’épaisseurs, de densité, ou de niveau, d’empoussièrement de l’atmosphère utilisent des sources de rayons Gamma scellées.

→ La capacité de tuer les cellules vivantes des rayons Gamma permet l’application de cette propriété à la stérilisation du matériel médical et la conservation des aliments ou des produits cosmétiques, en éliminant les bactéries.

→ La gammagraphie est utilisée pour faire des radiographies de matériaux qui absorbent trop les rayons X et vérifier les soudures des éléments lourds (conduites, tuyaux, etc.).

→ Le radiotraitement chimique utilise les rayons Gamma pour le traitement de certains plastiques, pour modifier les propriétés de pierres précieuses, etc...

Les installations civiles fixes qui manipulent des matériaux radioactifs sont classées INB (Installation Nucléaire de Base) et leur exploitation doit être autorisée par l’Autorité de Sûreté Nucléaire (ASN).

Les principaux risques des rayons Gamma

Les rayons Gamma sont fortement énergétiques et peuvent ioniser les matières qu’ils traversent, ils arrachent ou ajoutent des électrons aux atomes, donc changent leur comportement chimique et électrique.

Il y a donc un risque d’exposition externe (à distance ou au contact), soit globale, soit localisée, en rapport avec le flux des rayons Gamma émis par la source, la distance à laquelle on se trouve de la source et des obstacles qui peuvent atténuer le flux du rayonnement. Ces rayonnements passent très aisément la barrière cutanée : ils entraînent une irradiation en profondeur du corps humain et, à partir d’une certaine dose, modifient les fonctions et les structures cellulaires puis tissulaires (par radiolyse de l’eau de la matière biologique), dérèglent la division cellulaire, avec parfois une détérioration de l’ADN, qui contient le programme génétique et les cellules endommagées peuvent être celles de l'ovaire ou des spermatozoïdes (reprotoxicité par mutation génétique).

Mais il y a aussi un risque interne par pénétration dans l'organisme de poussières ou particules radioactives, et c’est un élément de dangerosité supplémentaire par rapport à celle des rayons X. Les voies d’expositions peuvent être respiratoire par inhalation, digestive par ingestion, transcutanée par effraction de la peau suite à une blessure ou coupure : les éléments radioactifs sont alors au contact des cellules vivantes, avec des conséquences physiologiques similaires à celles de l’exposition externe pour les rayons Gamma, mais de plus, le risque lié aux particules Alpha, qui était quasi-inexistant pour l'exposition externe, est ici majeur.

On parle d’irradiation pour l’exposition externe à distance, de contamination externe pour une exposition au contact d’objets ou de surfaces porteurs d’éléments radioactifs, de contamination interne pour une exposition interne par inhalation ou ingestion de poussières, d’aliments ou de boissons radioactifs : dans ce dernier cas, la personne contaminée peut devenir irradiante à son tour. L'irradiation peut cesser lorsque la source d'irradiation est éloignée, contrairement à la contamination radioactive qui subsiste tant qu’elle n’est pas découverte et éliminée par décontamination.

Toutes les radiations subies s’ajoutent et se cumulent tout au long de la vie.

Les cellules jeunes des embryons et des fœtus sont très sensibles aux rayons Gamma ; les effets des irradiations « in utero » sont particulièrement délétères (effets tératogènes) : développement anormal du fœtus et retard mental, défaut de croissance,...

Les rayons Gamma (comme les rayons X) ont deux types d’effets différents sur l’organisme :

- Les effets déterministes, qui se manifestent rapidement et certainement lorsque la dose reçue atteint ou dépasse un seuil d’apparition, et dont la gravité est fonction de cette dose et qui sont réversibles.

Les rayons Gamma ont notamment un effet très néfaste sur la peau, les globules rouges du sang, la moelle osseuse, le cristallin de l'œil et les gonades.

Ces risques immédiats (radiodermites par brûlures thermiques, anémie, syndrome hémorragique, cataracte, diminution de la fertilité, troubles gastro-intestinaux ...) sont liés à une irradiation aiguë correspondant à une forte dose reçue. Les rayons Gamma ont aussi un effet immunosuppresseur.

- Les effets aléatoires, qui ne se manifestent pas toujours, qui apparaissent de façon différée, sans seuil évident, ni gravité clairement corrélée à la dose reçue, même si, statistiquement, leur occurrence dépend de cette dose.

Ces risques tardifs (cancers radio-induits dont les ceux de la thyroïde, les sarcomes osseux, les leucémies,... et possiblement malformations dans la descendance) sont plus liés à l'accumulation des doses sur plusieurs irradiations successives.

L’évaluation de la dangerosité d’une dose délivrée aux différents tissus et organes du corps est mesurée en Sievert (Sv) (ancienne unité : « radiation equivalent men » (rem), 1 Sv = 100 rems).

La limite d’exposition annuelle aux rayonnements Gamma des travailleurs exposés est fixée par la réglementation à 20 milliSievert par an.
Les femmes enceintes et les très jeunes travailleurs sont les personnes les plus sensibles aux risques des rayons Gamma.

Les maladies professionnelles reconnues dues aux expositions aux rayons Gamma figurent dans le Tableau n°6 du Régime Général de la Sécurité sociale et n° 20 du Régime Agricole : « Affections provoquées par les rayonnements ionisants ».

Les mesures préventives des risques des rayons Gamma

L’extrême dangerosité des rayons Gamma implique que les employés soient efficacement protégés contre une exposition excessive à ce rayonnement pendant qu'ils travaillent. La prévention doit être orientée vers la meilleure maîtrise possible des niveaux d'expositions par la mise en œuvre de la radioprotection qui est l’ensemble des règles, des procédures et des moyens de prévention et de surveillance visant à empêcher ou à réduire les effets nocifs des rayonnements ionisants sur les personnes et l’environnement.

La prévention consiste à limiter l’ensemble des doses reçues à un très bas niveau (pour les risques aléatoires différés), et en évitant qu’une dose puisse excéder le seuil d’apparition des risques immédiats certains.

Les principes généraux de la radioprotection reposent sur trois piliers :

- Les durées : durée d’exposition aux rayons Gamma la plus brève possible,
- Les distances : éloignement maximal des travailleurs par rapport aux sources de rayons Gamma, avec l’utilisation d'appareils manipulables à distance tels que des pinces de manutention télé-manipulées,
- Les écrans : interposition d’un écran épais et absorbant (plomb, eau, béton...) entre la source de rayons Gamma et le travailleur et port de vêtements de protection.

• La classification des travailleurs exposés aux rayons Gamma
  
  Le médecin du travail, sur la base d’une étude de poste permettant d’établir une fiche d’exposition, classe les travailleurs exposés dans une catégorie A (susceptible de recevoir une dose comprise entre 6 et 20 mSv par an) ou B (susceptible de recevoir une dose comprise entre 1 et 6 mSv par an).
  
  Les travailleurs de catégorie A ou B bénéficient de mesures de prévention renforcées : surveillance médicale renforcée (examen au moins annuel et fiche d’aptitude), surveillance dosimétrique individuelle, formation obligatoire aux risques liés aux rayons Gamma, surveillance post-professionnelle pour les travailleurs de catégorie A. Cette classification doit être communiquée au personnel concerné et une liste des salariés exposés doit être établie selon ces critères.
  
  Les femmes enceintes doivent être retirées d’un poste classé A ou B pendant la durée de la gestation, d’où la nécessité de déclarer le plus tôt possible leur état de grossesse.


• La désignation d’une personne compétente en radioprotection (PCR)
  
  La personne compétente en radioprotection (PCR), ayant préalablement bénéficié d’une formation spécialisée dans le domaine des rayonnements ionisants, concourt, en coordination avec le médecin du travail et les comités d’hygiène, de sécurité et des conditions de travail (CHSCT), à une mise en œuvre efficace des mesures de prévention au sein de l’entreprise : contribution à l’élaboration du « Document Unique de Sécurité » avec le recensement des risques des rayons ionisants dans chaque poste de travail, constitution du dossier d’autorisation ou de déclaration des installations à risque d’exposition aux rayonnements ionisants, délimitation et signalisation des zones de travail autour de toutes les sources de rayonnements ionisants, contrôle périodique d’ambiance, des installations et du matériel de surveillance et de dosimétrie, choix et contrôle des équipements de protection individuelle, surveillance de la dosimétrie personnelle, rédaction des consignes et formation périodique (tous les trois ans au minimum) des travailleurs à la radioprotection...


• La réglementation de l’accès aux différentes zones à risques
  
  Les lieux de travail doivent être répartis en quatre zones, avec une délimitation et une signalétique précises : zones en accès libre, zones surveillées, zones contrôlées, zones spécialement réglementées ou interdites.
  
  A l’intérieur des zones surveillées ou contrôlées, l’accès est réglementé, et les travailleurs bénéficient de mesures de protection renforcées en matière de formation, de suivi dosimétrique des expositions aux radiations et de suivi médical.
  Dans les zones surveillées et contrôlées, seuls peuvent demeurer à la station de travail les professionnels informés et équipés des équipements de protection et de surveillance requis pour l’accès à cette zone. L’accès y est en particulier interdit aux femmes enceintes et aux personnes mineures.


• Les appareillages de surveillance de l’exposition aux rayons Gamma
  
  - S’agissant de l’exposition externe, la surveillance est réalisée au moyen d’un suivi dosimétrique assuré par des mesures individuelles de dosimétrie passive nominative à lecture différée (dosimètre porté à la poitrine, au poignet, bague,...) éventuellement associé à une dosimétrie active opérationnelle à lecture directe en temps réel.
  
  Le port de dosimètres passifs est obligatoire pour tout le personnel exposé (catégories A et B).
  Il est envoyé à l'organisme chargé de la dosimétrie tous les mois et au médecin du travail, ou, pour les catégories B seulement, tous les trimestres. Ces dosimètres donnent la possibilité de prendre les précautions appropriées pour limiter les occasions futures d'exposition de manière que le cumul de dose maximale permise ne soit pas dépassé.
  
  Pour la dosimétrie active obligatoire pour tout travailleur entrant en zone contrôlée, la mesure en temps réel de l'exposition est pourvue d’alarmes auditives et visuelles se déclenchant en cas de surdose et le suivi est assuré par la personne compétente en radioprotection (PCR) à chaque sortie de zone contrôlée ou en fin de poste.
  - Pour réaliser des mesures de contamination de l’air ou de surfaces (sur une table de travail, le sol, un mur, ...), le radiamètre mesure l'émission de rayonnement Gamma, et le contaminamètre mesure le taux de particules radioactives.
  - Pour mesurer l’exposition interne, on effectue des analyses par dosage radiochimique d’isotopes dans les urines, le sang ou les sécrétions, ou on réalise une anthroporadiamétrie par mesure des radionucléides incorporés en détectant, à l'extérieur de l'organisme, le rayonnement Gamma qu'ils émettent.


• Les mesures de prévention technique
  
  - L’interposition d’écrans et l’éloignement de la source
  Des écrans de protection entre le salarié et la source (plomb, verre au plomb ou plexiglas...), dont la nature et l’épaisseur sont adaptées aux caractéristiques du rayonnement et à l’activité, réduisent l’exposition. Combinés à l’éloignement de la source de toutes les parties du corps du travailleur, l’exposition peut devenir très faible. L’éloignement de la source peut être réalisé par un appareillage à commandes déportées dans un local indépendant et protégé.
  
  - Le contrôle et l’entretien des équipements
  Les équipements à rayons Gamma doivent être contrôlés régulièrement (lors des contrôles règlementaires périodiques par un organisme agréé, du contrôle qualité des installations, ...), notamment pour vérifier le bon réglage des appareils.
  
  Le contrôle doit être systématique pour les appareils générateurs de rayons Gamma lors de l’installation et chaque fois qu’ils ont subi une transformation, tous les ans pour les appareils mobiles, tous les 3 ans pour les appareils fixes. En effet, un rayonnement parasite peut provenir de pièces défectueuses, d'un mauvais ajustement des accessoires à l'origine de fuites par des ouvertures non blindées et il convient de vérifier le bon fonctionnement de tous les blindages. On doit tenir un cahier de suivi de l’étalonnage des appareils de contrôle de débit de dose et des résultats de mesure.
  
  - Les contrôles techniques d'ambiance
  Afin de permettre l'évaluation des risques d'exposition externe et interne aux rayons Gamma, des contrôles techniques d'ambiance doivent être effectués par le service ou la personne compétente en radioprotection ou par un organisme agréé : à défaut d’être continus, ces contrôles doivent être réalisés au moins une fois par mois et au moins une fois par an par un organisme agréé.
  
  - La ventilation et le traitement de l’air des locaux de travail
  La mise en place d'une ventilation sur filtre, des hottes et boites à gants blindées et ventilées en dépression facilite la dilution des poussières contaminées et évitent leur dissémination.
  
  - Le confinement des matières radioactives
  Il s’agit d’éviter toute dispersion dans les locaux de travail et dans l’environnement dans toutes les étapes logistiques de transport, de manipulation lors du stockage, pour rendre impossible l’exposition par contact, inhalation ou ingestion de matières radioactives par le confinement des matières.
  
  L’étiquetage des substances radioactives pendant leur transport est obligatoire.
  
  Les règles applicables de sûreté pendant le transport, de sûreté de l’entreposage doivent être consignées et parfaitement connues par le personnel.
  
  - Le maintien des registres.
  Les registres suivants doivent être tenus à jour :
  
  - inventaire des sources et responsables,
  - suivi des doses reçues par le personnel,
  - compte-rendu de maintenance et réparation des matériels,
  - résultats des tests de fuite,
  - rapports d’enquête suite à incidents ou accidents...


• Les mesures de prévention individuelle
  
  - Les équipements de protection individuelle contre l’exposition externe d’irradiation par des rayons Gamma, concernent le port de protections individuelles (gants, lunettes, tablier plombés...) qui complète les mesures de prévention collectives précédentes en réduisant très fortement l’intensité du rayonnement.
  Les opérateurs dans le secteur médical doivent avoir à leur disposition des vêtements de protection plombés pour chaque personne travaillant en zone contrôlée, adaptés à leur morphologie. Il est également préconisé d’avoir à disposition des lunettes en verre plombés, des caches thyroïdes, des caches gonades et des gants plombés lorsque l’exposition des mains ne peut être évitée, par exemple si la présence auprès du patient en radiologie médicale est nécessaire (examens spécifiques, ...).
  - Pour la contamination, la prévention passe d’abord par un respect strict des mesures d'hygiène : ne pas boire, ni manger, ni fumer, nettoyer les surfaces de travail en évitant de mettre en suspension les particules en les fixant.
  Les tenues adéquates regroupent tous les moyens qui protègent contre le dépôt des éléments radioactifs sur la peau et contre leur inhalation : elles dépendent du niveau de risque avéré de contamination, allant simplement de l'emploi de blouses, sur-bottes et gants à usage unique, à celui de tenues de protection vestimentaire complète filtrantes ou jetables et de masques de protection respiratoire (demi-faciaux jetables ou faciaux à pouvoir filtrant) de type FFP3.


• La surveillance médicale
  
  Les salariés exposés aux rayonnements Gamma bénéficient d'une Surveillance Médicale Renforcée (SMR) adaptée à leur poste de travail.
  
  La surveillance médicale s'effectue avant l'affectation au poste de travail, puis au moins annuellement, ou à la demande du salarié, notamment en cas de grossesse, et visite exceptionnelle en cas d'irradiation importante (avec examens hématologiques, dermatologiques, ophtalmologiques...).
  
  Le médecin du travail élabore une fiche d’exposition renseignant sur la nature du travail, la quantité des rayonnements reçus, la période d’exposition et les cas d’exposition accidentelle anormale éventuels.
  Cette fiche est mise à jour annuellement et conservée dans le dossier médical individuel pendant 50 ans à compter de la cessation de l'exposition.
  
  Les travailleurs de catégorie A bénéficie d’une surveillance médicale post-professionnelle.

Pour aller plus loin

Dossier INRS ED 958 : "Les rayonnements ionisants. Prévention et maîtrise des risques ", 2006, 56 pages

Août 2011