Littérature scientifique sur le sujet « Radiations ionisantes naturelles »

La vie sur Terre s’est adaptée à un environnement où il y a un faible et persistent bruit de fond radiatif qui interagit avec les cellules. Loin des effets clairement nocifs des radiations à haute dose, il est difficile d’évaluer et de comprendre les impacts des faibles doses de la radioactivité naturelle sur les systèmes vivants. Nous avons tenté d’étudier si le bruit de fond radiatif est un facteur important dans l’évolution, en menant des expériences évolutives identiques avec Escherichia coli au Laboratoire de Physique Corpusculaire de Clermont-Ferrand, et au Laboratoire Souterrain de Modane. Malgré une différence d’un facteur 7,3 entre les taux d’interaction des rayonnements ionisants avec les cellules dans les deux laboratoires, aucune différence significative n’a pu être trouvée dans le fitness compétitif des populations cellulaires évoluées dans chaque laboratoire. Par simulation, nous avons montré que le taux d’interaction entre le bruit de fond radiatif et E. coli est cent fois plus faible que le taux de mutations d’origine endémique, ce qui renforce l’hypothèse que les radiations naturelles ont peu d’effet sur l’évolution. Dans le cadre du projet Geant4-DNA, nous avons développé une application complète de simulation mécanistique des dommages radio-induits à l’ADN, afin d’explorer davantage cette hypothèse. Avec cette application, on a irradié un modèle du génome d’E. coli, montrant que pour l’irradiation par des électrons d’énergies > 10 keV, le rendement des cassures double brin est de 0,006 – 0,010 CDB Gy-1 Mbp-1, selon le modèle de piégeage des radicaux chimiques. Ce résultat est en accord avec des données expérimentales, et souligne plus encore que les radiations ionisantes d’origine naturelle n’ont qu’une contribution mineure aux mutations responsables de l’évolution
All life on earth has adapted to an environment where there is a small, persistent, radiation background interacting with cells. Unlike evaluating the clearly harmful effects of high radiation doses, understanding the effects of this low persistent radiation dose on living systems is incredibly difficult. We have attempted to study whether background radiation is an important factor in evolution by conducting identical evolution experiments with Escherichia coli in the Clermont-Ferrand Particle Physics Laboratory and the Modane Underground Laboratory. Despite a 7.3 fold difference in the rate of interactions between the radiation background and cells between the two environments, no significant difference was found in the competitive fitness of the cell populations grown at each location. Using simulations, we showed that the rate at which ionising radiation interacts with cells is one hundred times less frequent than E. coli’s mutation rate in our experimental conditions, supporting the contention that natural radiation has no strong evolutionary effect. To further support this conclusion, we developed a mechanistic simulation for DNA damage as part of the Geant4-DNA project. Using this application, we irradiated a model of an E. coli genome, showing that for electron irradiation > 10 keV, the double strand break yield can be reasonably estimated to be between 0.006 – 0.010 DSB Gy-1 Mbp-1, depending upon the modelling of radical scavenging. This is in agreement with experimental data, further highlighting the small role natural ionising radation plays as a cause of mutations

Les rayonnements ionisants sont un facteur de risque reconnu pour les leucémies chez l'homme pour des fortes doses d'exposition médicale ou accidentelle. En revanche, l'hypothèse de l'existence d'un risque associé aux rayonnements ionisants à des niveaux d’exposition inférieurs, habituellement rencontrés dans l'environnement et de manière continue reste à démontrer. Notre travail propose d’évaluer l’hypothèse de l’existence d’une association entre les expositions environnementales aux radiations ionisantes d’origine naturelle et le risque de leucémie de l’enfant (LA) en utilisant des observations réalisées en France métropolitaine.Les cas de leucémie inclus dans ce travail sont toutes les LA du Registre National des Hémopathies malignes de l’Enfant, qui enregistre l'ensemble des cas de moins de 15 ans diagnostiqués en France métropolitaine, sur la période étudiée.Un premier travail a consisté à étudier la répartition spatiale de l’incidence des leucémies de l’enfant au niveau des 1 916 bassins de vie (BV) définis par l’INSEE. Des méthodes de détection de cluster ont été appliquées sur les 7 675 cas de leucémies de l'enfant diagnostiqués entre 1990 et 2006 afin d’identifier les zones potentiellement associées à un plus fort risque de leucémies aiguës de l’enfant. Cette étude n'a pas mis en évidence d’hétérogénéité spatiale des taux d'incidence des LA de l'enfant au cours de la période 1990-2006 au niveau des BV. Cependant, quelques clusters spatiaux ont été identifiés dans des lieux et périodes spécifiques. Bien que les niveaux de significativité de ces clusters ne soutiennent pas fortement l'existence de facteurs de risque localisés, les clusters peuvent montrer un léger impact de facteurs de risque partagés à l'échelle des BV.Pour tester l’hypothèse de l’existence d’une association entre l’exposition aux radiations ionisantes d’origine naturelle et l’incidence des leucémies de l’enfant, une étude d’incidence basée sur les 9 056 cas de LA de la période 1990-2009 a été réalisée. Cette étude a été complétée par une étude cas-témoins en population fondée sur les 2 763 cas de LA enregistrés sur la période 2002-2007 et un ensemble témoin de 30 000 sujets constituant un échantillon contemporain représentatif de la population pédiatrique française. Dans cette approche, la géolocalisation des adresses des cas et des témoins ainsi que celle des sources d'exposition et leur caractérisation permet de définir les critères de l'intensité d'exposition aux facteurs d'intérêt et de les mettre en relation avec le statut cas vs témoins des sujets.Les données concernant l'exposition à la radioactivité d’origine naturelle ont été produites par l'IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire). Une cartographie du potentiel d’exhalation du radon émis par le sol et un échantillon national de 10 843 points de mesures localisés dans des habitations ont permis d’estimer l’exposition résidentielle au radon au niveau de la commune et du domicile. L’exposition aux rayonnements gamma telluriques et cosmiques a été estimée par zone d’emploi à partir d’un ensemble de 28 000 mesures issues de la campagne nationale IRSN et de mesures réalisées dans approximativement 1 000 sites couvrant la France entière, dans un but de surveillance de la radioactivité ambiante.Notre étude n’a pas montré d’association entre les leucémies de l’enfant et l’exposition aux radiations ionisantes d’origine naturelle estimée au diagnostic et de façon cumulée pendant l’enfance. Elle avait une bonne puissance pour mettre en évidence les risques attendus d’après les modèles de risque actuels (UNSCEAR) issus des études sur les risques observés à forte dose. Cette question reste néanmoins suffisamment importante et peu explorée pour mériter des études complémentaires dans d’autres pays
Ionizing radiation due to medical or accidental exposure to high doses is an established risk factor for leukemia in humans. However, the evidence of a risk associated with exposure to ionizing radiation at lower levels usually encountered in the environment remains to be demonstrated. Our work aims to evaluate the hypothesis of the existence of an association between natural background ionizing radiation and the risk of childhood leukemia (CL) using observations made in France.Leukemia cases included in this study are all the CL recorded in the National Registry of Childhood Hematological Malignancies, an exhaustive repository of all cases of patients younger than 15 years old in France over the studied period.First step was the study of the spatial distribution of the incidence of CL at the level of the 1,916 Living Zone (LZ) defined by INSEE. Cluster detection methods have been used on 7,675 cases of CL diagnosed during the period 1990-2006 to identify areas potentially associated with a higher risk of acute childhood leukemia. The study did not show any spatial heterogeneity of incidence of CL during the period at LZ level. However, some spatial clusters were highlighted in specific places and times. Although the levels of significance of these clusters do not strongly support the existence of risk factors, localized clusters can show a slight impact of risk factors shared across LZ, including contextual environmental exposures.To test the hypothesis of the existence of an association between environmental exposure to ionizing radiation of natural origin and incidence of childhood leukemia, an incidence study based on 9,056 cases of CL for the period 1990-2009 was conducted. This study was complemented by a record-based cases-controls study based on the 2,763 cases of CL recorded over the 2002-2007 period and a control set of 30,000 subjects constituting a representative sample of the contemporary French pediatric population. In this approach, localizations of cases and controls and exposure identifications were geocoded and compared to the status cases vs control population.Data of exposure to natural background radiation were produced by the IRSN (Institute for Radiological Protection and Nuclear Safety). Mapping of the “potential radon exhalation emitted by the ground” and a national sampling of 10,843 measurement points located in dwellings were used to estimate residential exposure to radon at a level of granularity of cities and houses. Exposure to terrestrial gamma and cosmic rays was estimated by zone d’emploi based on a set of more than 28,000 environmental measurements in approximately 1,000 sites covering whole France, and by the IRSN national campaign data. Our study did not show any association of childhood leukemia with exposures to natural background radiation estimated nor at diagnosis nor cumulatively during childhood. However it had a good power to highlight the risks expected from current models of risk (UNSCEAR) built from studies on the observed high doses risks. If this work does not support the hypothesis that there is an association between exposure to ionizing radiation from natural sources observed and the incidence of childhood leukemia which may be directly observable at the epidemiologic level, this question remains important enough and not investigated enough to merit further complementary studies in countries where it has not been investigated

L'environnement radiatif spatial est composé d'une grande diversité de particules dans un spectre en énergie très large. Parmi les effets affectant les composants électroniques, on distingue les effets cumulatifs et les effets singuliers transitoires analogiques (ASET). Les effets cumulatifs correspondent à une dégradation continue des paramètres électriques du composant induits par un dépôt d'énergie à faible débit de dose tout au long de la mission spatiale. Les ASETs sont eux causés par le passage d'une particule unique traversant une zone sensible du composant et engendrant une impulsion de tension transitoire qui se propage à la sortie de l'application. Au cours des tests au sol, les deux effets sont étudiés séparément, mais ils se produisent simultanément en vol. Il se produit donc un effet de synergie, induit par la combinaison de la dose et de l'apparition soudaine d'un ASET dans le dispositif préalablement irradié.Une étude de l'effet de synergie dose-ASET est proposée. Pour accélérer les irradiations, une technique connue sous le nom de « méthode de commutation de débit de dose » (DRS) prenant en compte la sensibilité accrue au faible débit de dose (ELDRS) est utilisée. Un modèle haut niveau est développé en utilisant l'analyse circuit permettant de prédire l'effet de synergie observé sur un amplificateur opérationnel à trois étages. Pour prédire l'effet de synergie, l'effet de dose est pris en compte en faisant varier les paramètres décrivant le modèle suivant une loi de variation déduite de la dégradation du courant d'alimentation qui est couramment enregistré au cours des essais industriels. Enfin, les effets transitoires des radiations sur l'électronique (TREEs) induits par un environnement de très fort débit de dose de rayons X pulsés ainsi que l'effet de synergie dose-TREE sont étudiés à l'aide d'un générateur de Flash-X. La méthode classique d'analyse des ASETs permet alors d'expliquer la forme des impulsions transitoires observées
The natural radiative space environment is composed by numerously particles in a very large energy spectrum. From an electronics component point of view, it is possible to distinguish cumulative effects and so-called Analog Single Event Transient effects (ASET). Cumulative effects correspond to continuous deterioration of the electrical parameters of the component, due to a low dose rate energy deposition (Total Ionizing Dose: TID) throughout the space mission. ASETs are caused by a single energetic particle crossing a sensitive area of the component inducing a transient voltage pulse that occurs at the output of the application. During ground testing, both effects are studied separately but happen simultaneously in flight. As a result a synergy effect, induced by the combination of the low dose rate energy deposition and the sudden occurrence of an ASET in the device previously irradiated, occurs. A study of dose-ASET synergistic effects is proposed using an accelerated irradiation test technique known as Dose Rate Switching method (DRS) tacking into account the concern of the Enhanced Low Dose Rate Sensitivity (ELDRS). A High Level Model is developed using circuit analysis to predict the synergy effect observed on a three stages operational amplifier. To predict synergy effect, the TID effect is taken into account by varying the model parameters following a variation law deduced from the degradation of the supply current which recorded during usual industrial TID testing. Finally, the Transient Radiation Effects on Electronics (TREE) phenomena induced by a Very High Dose Rate X-ray pulse environment and the dose-TREE synergy effect are then investigated using an X-ray flash facility. The classical ASETs methodology analysis can explain the shapes of transients observed