LE RAYONNEMENT ULTRAVIOLET

 

David H. Sliney

 

Les rayons ultraviolets (UV) sont un type de rayonnement optique dont la longueur d’onde est plus courte que celle de la lumière visible et dont les photons (particules de rayonnement) ont une plus grande énergie. Ils sont présents dans la lumière solaire et dans la plupart des sources de lumière; ils sont également émis par de nombreuses sources utilisées dans l’industrie, les sciences et la médecine. Les travailleurs de maintes professions peuvent y être exposés. Dans certains cas, lorsque la lumière ambiante est faible, des sources très intenses en ultraviolet proche (lumière noire) sont visibles, mais les UV sont d’ordinaire invisibles: on ne peut les détecter que parce qu’ils rendent certaines substances fluorescentes.

 

Comme la lumière, qui peut se décomposer en donnant les couleurs de l’arc-en-ciel, les UV se subdivisent en composantes désignées par UV-A, UV-B et UV-C. Les longueurs d’ondes de la lumière et des UV sont généralement exprimées en nanomètres (nm), 1 nm étant égal à un milliardième de mètre (10–9 m). Les UV-C solaires (UV de très courte longueur d’onde) sont absorbés par l’atmosphère et n’atteignent donc pas la surface de la terre. On peut produire des UV-C à l’aide de sources artificielles, comme les lampes germicides, qui émettent la plus grande partie de leur énergie à une longueur d’onde unique (254 nm) extrêmement efficace pour tuer les bactéries et les virus sur les surfaces et dans l’air.

 

Les UV-B sont la composante des ultraviolets qui est la plus dommageable biologiquement pour la peau et les yeux. Même si l’énergie des UV-B solaires est en grande partie absorbée par l’atmosphère, la partie du rayonnement qui atteint la terre cause les coups de soleil et d’autres effets biologiques plus graves. Les ultraviolets à grande longueur d’onde, appelés UV-A, sont également présents dans la lumière de la plupart des lampes. Ils forment l’essentiel des UV solaires qui atteignent la terre. Les UV-A peuvent pénétrer profondément dans les tissus, mais ils ne présentent pas autant de risques sur le plan biologique que les UV-B, parce que l’énergie de chacun de leurs photons est sensiblement inférieure à celle des photons UV-B et UV-C.

 

Les sources de rayonnement ultraviolet

 

La lumière solaire

Les personnes qui travaillent à l’extérieur sont les plus exposées aux rayons ultraviolets. L’énergie du rayonnement solaire est fortement atténuée par la couche d’ozone qui entoure la terre, limitant les UV aux longueurs d’onde supérieures à 290-295 nm. L’énergie beaucoup plus dangereuse des UV-B dépend dans une large mesure de l’inclinaison des rayons incidents et varie donc avec la saison et l’heure du jour (Sliney, 1986, 1987; OMS, 1994).

 

Les sources artificielles

Parmi les sources artificielles d’UV, il importe de signaler les suivantes:

 

Soudage industriel à larc. L’énergie rayonnante de l’arc de soudage constitue la plus importante source potentielle d’exposition. Les niveaux d’UV aux alentours de l’arc sont extrêmement élevés: ils peuvent produire des lésions oculaires et cutanées aiguës après trois à dix minutes d’exposition à une distance de quelques mètres. La protection des yeux et de la peau est donc obligatoire.

 

Lampes UV industrielles. Beaucoup de procédés industriels et commerciaux, comme le séchage ou la cuisson photochimique des encres, des peintures et des plastiques, font appel à des lampes qui émettent fortement dans la gamme des ultraviolets. Même si la probabilité d’une exposition nocive est faible, par suite de la protection utilisée, on ne peut exclure le risque d’une exposition accidentelle.

 

Lampes à lumière noire. Les lampes à lumière noire sont des ampoules spécialisées qui émettent surtout dans la gamme des UV et qui servent dans diverses applications: essais non destructifs à l’aide de poudres fluorescentes, authentification de billets de banque et de documents et production d’effets spéciaux en publicité et dans les discothèques. Ces lampes ne présentent pas de risques significatifs pour les humains (sauf dans certains cas de photosensibilisation de la peau).

 

Traitements médicaux. Les lampes à ultraviolets sont utilisées en médecine à différentes fins diagnostiques et thérapeutiques. Les sources d’UV-A servent ordinairement dans les applications diagnostiques. L’exposition des patients varie beaucoup avec le genre de traitement. Les lampes UV utilisées en dermatologie nécessitent une manipulation très soigneuse par le personnel médical.

 

Lampes germicides. Dans la bande de 250-265 nm, les UV sont très efficaces comme moyen de stérilisation et de désinfection, parce que ces longueurs d’onde correspondent à un maximum dans le spectre d’absorption de l’ADN. On se sert souvent, comme source d’ultraviolets, de tubes à décharge basse pression à vapeur de mercure, dont l’énergie rayonnée se situe à plus de 90% à 254 nm. Ces tubes sont souvent appelés «lampes germicides», «lampes bactéricides» ou simplement «lampes UV-C». Les lampes germicides sont également utilisées dans les hôpitaux pour combattre les infections d’origine tuberculeuse et, à l’intérieur des cabines de sécurité microbiologique, pour neutraliser les microorganismes en suspension dans l’air ou déposés sur des surfaces. Une installation correcte de ces lampes est essentielle, de même qu’une bonne protection des yeux.

 

Salons de bronzage. Ces salons sont équipés de lits spéciaux éclairés par des lampes émettant principalement dans la gamme des UV-A, mais aussi, dans une certaine mesure, dans la gamme des UV-B. La fréquentation régulière de tels établissements peut faire augmenter de façon non négligeable la dose annuelle d’ultraviolets reçue par la peau. De plus, il arrive souvent que le personnel de ces salons soit également exposé à de faibles niveaux de rayonnement. La protection des yeux à l’aide de lunettes ordinaires de soleil ou de lunettes à coques devrait être obligatoire pour les clients et, selon la disposition des lieux, les membres du personnel eux-mêmes pourraient avoir besoin d’une protection oculaire.

 

Eclairage général. Des tubes fluorescents sont couramment installés dans les lieux de travail et les logements depuis des années. Ces tubes émettent de petites quantités d’UV, dont la contribution à l’exposition annuelle ne dépasse cependant pas quelques centièmes. Les lampes à incandescence à halogène sont aussi d’un usage de plus en plus courant à la maison et au travail, où elles servent à différentes fins d’éclairage et de présentation. Les lampes à halogène non protégées peuvent émettre suffisamment d’UV pour causer des lésions aiguës à courte distance. Toutefois, elles ne présentent aucun danger une fois munies de filtres en verre.

 

Les effets biologiques

 

La peau

 

L’érythème

L’érythème, ou coup de soleil, se caractérise par une rougeur de la peau qui se manifeste dans les quatre à huit heures suivant l’exposition aux ultraviolets, puis disparaît progressivement après quelques jours. Un grave érythème peut entraîner la formation d’ampoules et une desquamation. Les UV-B et les UV-C sont environ mille fois plus puissants que les UV-A à cet égard (Par-rish, Jaenicke et Anderson, 1982), mais l’érythème provoqué par les UV-B à grande longueur d’onde (295 à 315 nm) est le plus grave et le plus persistant (Hausser, 1928), par suite d’une pénétration plus profonde dans l’épiderme. Il semble que la peau soit la plus sensible aux alentours de 295 nm (Luckiesh, Holladay et Taylor, 1930; Coblentz, Stair et Hogue, 1931), la sensibilité étant bien moindre (environ 0,07) à partir de 315 nm (McKinlay et Diffey, 1987).

 

A une longueur d’onde de 295 nm, la dose d’érythème (dose de rayonnement nécessaire pour produire rougeur et pigmentation, souvent désignée en français par le sigle HED) mentionnée dans les études les plus récentes va de 6 à 30 mJ/cm2 pour une peau non bronzée légèrement pigmentée (Everett, Olsen et Sayer, 1965; Free-man et coll., 1966; Berger, Urbach et Davies, 1968). A 254 nm, la HED varie considérablement avec le temps écoulé après l’exposition et le niveau d’exposition antérieur de la peau, mais elle est en général de l’ordre de 20 mJ/cm2 et peut atteindre 0,1 J/cm2. La pigmentation et le bronzage de la peau, et surtout l’épaississement de la couche cornée, peuvent augmenter la HED d’un ordre de grandeur.

 

La photosensibilisation

Les spécialistes de la santé au travail constatent souvent chez les travailleurs photosensibilisés les effets nocifs de l’exposition professionnelle aux UV. La photosensibilisation aux UV découle de l’utilisation de certains médicaments ou de l’application topique de certains produits (parfums, lotions hydratantes, etc.). Les réactions aux agents photosensibilisants résultent tant de la photoallergie (réaction allergique de la peau) que de la phototoxicité (irritation de la peau) après l’exposition aux UV d’origine solaire ou industrielle (les réactions de photosensibilisation sont également courantes en cas d’utilisation de matériel de bronzage). La photosensibilisation de la peau peut être due à des crèmes ou à des pommades, à des médicaments pris par voie buccale ou par injection ou encore à l’utilisation d’inhalateurs sur prescription médicale (voir figure 49.3). Le médecin qui prescrit un médicament pouvant avoir des effets photosensibilisants devrait toujours avertir le patient pour que celui-ci prenne les précautions nécessaires. Toutefois, il arrive souvent que le médecin conseille seulement d’éviter le soleil, sans mentionner les sources de rayonnement UV (parce que le public est rarement exposé à ces sources).

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Figure 49.3   Exemples d’agents photosensibilisants

 

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Les effets différés

L’exposition chronique au soleil — et surtout aux UV-B — accélère le vieillissement de l’épiderme et accroît le risque de cancer de la peau (Fitzpatrick et coll., 1974; Forbes et Davies, 1982; Urbach, 1969; Passchier et Bosnjakovic, 1987). Plusieurs études épidémiologiques ont établi que l’incidence du cancer de la peau présente une forte corrélation avec la latitude, l’altitude et la nébulosité, facteurs qui, eux-mêmes, sont en corrélation avec l’exposition aux UV (Scotto, Fears et Gori, 1980; OMS, 1993).

 

On n’a pas encore défini de relation quantitative exacte dose-effet permettant de prévoir le développement de cancers de la peau chez les humains, mais on sait que les individus à peau claire, en particulier d’ascendance celte, sont davantage prédisposés que les autres à ce type de cancer. Il faut noter, néanmoins, que l’exposition nécessaire pour produire des tumeurs de la peau chez les animaux peut être suffisamment étalée dans le temps pour ne pas causer d’érythème et que l’efficacité relative (par rapport à la crête de 302 nm) signalée dans ces études varie de la même façon que pour le coup de soleil (Cole, Forbes et Davies, 1986; Sterenborg et van der Leun, 1987).

 

L’œil

 

La photokératite et la photoconjonctivite

La photokératite et la photoconjonctivite sont des réactions inflammatoires aiguës dues aux UV-B et aux UV-C, qui se manifestent quelques heures après une exposition excessive et disparaissent normalement un ou deux jours plus tard.

 

Les lésions rétiniennes dues à une lumière vive

Même s’il est peu probable qu’une source lumineuse puisse causer des brûlures à la rétine, l’exposition à des sources riches en lumière bleue peut provoquer des dommages photochimiques, susceptibles de causer des réductions temporaires ou permanentes de l’acuité visuelle. Toutefois, la réaction normale d’aversion à la lumière vive devrait prévenir cet effet, sauf si une personne fait un effort délibéré pour fixer la source. La contribution des UV aux lésions rétiniennes est généralement très faible, parce que l’absorption des ultraviolets par le cristallin limite l’exposition de la rétine.

 

Les effets chroniques

L’exposition professionnelle aux UV pendant des dizaines d’années peut contribuer à la formation de cataractes et à l’apparition d’autres effets dégénératifs non reliés à l’œil, comme le vieillissement de l’épiderme et le cancer de la peau associés à l’exposition au soleil. L’exposition chronique au rayonnement infrarouge peut également accroître le risque de cataracte, mais avec une faible probabilité, compte tenu de la possibilité de se protéger les yeux.

 

Les ultraviolets actiniques (UV-B et UV-C) sont fortement absorbés par la cornée et la conjonctive. La surexposition de ces tissus cause la kératoconjonctivite, couramment appelée «conjonctivite du soudeur» ou «ophtalmie des neiges». Pitts a décrit le spectre d’action biologique et l’évolution de la photokératite dans la cornée de l’humain, du lapin et du singe (Pitts, 1974). La période de latence varie en raison inverse de la gravité de l’exposition (1 heure et demie à 24 heures, mais ordinairement entre 6 et 12 heures), le malaise disparaissant d’habitude dans les 48 heures. La conjonctivite apparaît alors; elle peut être accompagnée d’érythème de la peau du visage, autour des paupières. L’exposition aux UV, bien entendu, provoque rarement des lésions oculaires permanentes. Pitts et Tredici (1971) ont publié les seuils d’exposition pouvant provoquer la photokératite chez les humains, à intervalles de 10 nm entre 220 et 310 nm. La cornée serait la plus sensible à 270 nm, ce qui est très nettement différent du maximum pour la peau. On peut supposer que le rayonnement à 270 nm est biologi-quement plus actif par suite de l’absence d’une couche cornée pouvant atténuer la dose reçue par le tissu épithélial de la cornée aux longueurs d’onde plus courtes. Selon ces études, le spectre d’action biologique ne variait pas autant que dans le cas de l’éry-thème, se situant entre 4 et 14 mJ/cm2 à 270 nm. Le seuil correspondant à 308 nm était d’environ 100 mJ/cm2.

 

Des expositions répétées de l’œil à des niveaux potentiellement dangereux d’UV n’augmentent pas le pouvoir protecteur du tissu affecté (la cornée) comme le fait l’exposition de la peau (pigmentation et épaississement de la couche cornée). Ringvold et ses collaborateurs ont étudié les propriétés d’absorption des UV par la cornée (Ringvold, 1980a) et l’humeur aqueuse (Ringvold, 1980b), ainsi que les effets des UV-B sur l’épithélium cornéen (Ringvold, 1983), le stroma cornéen (Ringvold et Davanger, 1985) et l’endo-thélium cornéen (Ringvold, Davanger et Olsen, 1982; Olsen et Ringvold, 1982). Leurs études au microscope électronique ont montré que le tissu cornéen possède de remarquables propriétés de régénération. Bien qu’il y ait eu manifestement des dommages importants dans toutes ces couches, apparaissant initialement dans les membranes cellulaires, la reconstitution morphologique était complète au bout d’une semaine. La destruction de kératocy-tes était évidente dans le stroma, mais la reconstitution de l’endo-thélium était prononcée, en dépit du fait que les cellules endothéliales ne se régénèrent pas normalement rapidement. Cul-len et ses collaborateurs (1984) ont étudié les lésions endothéliales qui subsistaient à la suite d’une exposition persistante aux UV. Riley et ses collaborateurs (1987) ont également étudié l’endothé-lium cornéen après exposition aux UV-B et ont conclu que des atteintes ponctuelles même graves étaient peu susceptibles d’avoir des effets différés; toutefois, ils ont aussi abouti à la conclusion qu’une exposition chronique pouvait accélérer les changements de l’endothélium correspondant au vieillissement de la cornée.

 

Les longueurs d’onde supérieures à 295 nm peuvent traverser la cornée et sont presque complètement absorbées par le cristallin. Pitts, Cullen et Hacker (1977b) ont établi que les lapins pouvaient développer des cataractes à des longueurs d’onde comprises entre 295 et 320 nm. Les seuils d’exposition produisant une opacité temporaire se situaient entre 0,15 et 12,6 J/cm2, selon la longueur d’onde, le seuil minimal se trouvant à 300 nm. L’opacité ne devenait permanente qu’à des niveaux d’exposition supérieurs. Le cristallin ne semblait pas affecté entre 325 et 395 nm, même à des niveaux d’exposition allant de 28 à 162 J/cm2 (Pitts, Cullen et Hacker, 1977a; Zuclich et Connolly, 1976). Ces études établissent clairement, comme on pouvait s’y attendre, le danger particulier de l’intervalle spectral situé entre 300 et 315 nm, dans lequel les photons ont une bonne pénétration et possèdent suffisamment d’énergie pour causer des dommages photochimiques.

 

Taylor et ses collaborateurs (1988) ont fourni des preuves épi-démiologiques du rôle que les UV-B solaires jouent dans l’étiolo-gie de la cataracte sénile, mais n’ont pas trouvé de corrélation entre la cataracte et l’exposition aux UV-A. L’hypothèse selon laquelle les UV-A peuvent causer la cataracte, souvent admise auparavant à cause de la forte absorption des UV-A par le cristallin, n’a été confirmée ni par les études expérimentales en laboratoire ni par les études épidémiologiques. A partir de données expérimentales montrant que les seuils d’exposition pouvant provoquer la photokératite sont inférieurs à ceux de la cataracte, on peut conclure que l’exposition quotidienne à des niveaux inférieurs à ces seuils devrait être considérée comme dangereuse pour le cristallin. Même si l’on supposait que la cornée soit exposée à un niveau presque équivalent au seuil de la photokératite, la dose quotidienne d’UV reçue par le cristallin à 308 nm peut être estimée à moins de 120 mJ/cm2 après 12 heures à l’extérieur (Sliney, 1987). En fait, l’exposition quotidienne moyenne devrait en pratique être inférieure à la moitié de cette valeur.

 

Ham et ses collaborateurs (1982) ont déterminé le spectre d’action biologique de la photorétinite provoquée par les UV dans la bande de 320 à 400 nm. Ils ont montré que les seuils, qui étaient de 20 à 30 J/cm2 à 440 nm dans le spectre visible, tombaient à près de 5 J/cm2 dans une bande de 10 nm centrée sur 325 nm. Le spectre d’action biologique croissait uniformément à mesure que la longueur d’onde baissait. Il faudrait donc conclure que des niveaux très inférieurs à 5 J/cm2 à 308 nm pourraient produire des lésions rétiniennes, qui n’apparaîtraient cependant que 24 à 48 heures après l’exposition. Comme il n’existe aucune donnée publiée sur les seuils d’exposition pouvant provoquer des lésions rétiniennes au-dessous de 325 nm, on peut supposer que le spectre d’action correspondant aux dommages photochimiques subis par les tissus de la cornée et du cristallin s’applique en gros à la rétine, ce qui permet de fixer le seuil des lésions aux alentours de 0,1 J/cm2.

 

Les effets mutagènes et cancérogènes des UV sur la peau étant clairement établis, l’extrême rareté des cancers de la cornée et de la conjonctive est tout à fait remarquable. Il ne semble y avoir aucune preuve scientifique liant l’exposition aux UV à des cancers quelconques de la cornée ou de la conjonctive chez les humains (contrairement au cas des bovins). On pourrait attribuer ce phénomène à l’existence d’un système immunitaire très efficace dans l’œil humain, étant donné que certains travailleurs d’extérieur sont aussi exposés aux UV que le bétail. Cette conclusion est confirmée par le fait que des personnes souffrant d’une déficience immunitaire, comme l’épithéliomatose pigmentaire, développent fréquemment des tumeurs de la cornée et de la conjonctive (Sten-son, 1982).

 

Les normes de sécurité

Des limites d’exposition professionnelle aux UV ont été établies; elles comprennent une courbe de spectre d’action englobant les seuils d’effets aigus tirés des études de l’érythème et de la kérato-conjonctivite (Sliney, 1972; IRPA, 1989). Cette courbe ne diffère pas sensiblement des données collectives sur les seuils, compte tenu des erreurs de mesure et des fluctuations des réactions individuelles, et se situe bien en deçà des seuils cataractogènes des UV-B.

 

La limite d’exposition est la plus basse à 270 nm (0,003 J/cm2). A 308 nm, par exemple, elle est de 0,12 J/cm2 (ACGIH, 1995; IRPA, 1988b). Que l’exposition totale résulte d’un petit nombre d’expositions d’une certaine intensité pendant la journée, d’une seule exposition très brève ou d’une exposition constante pendant huit heures à quelques microwatts par cm2, le risque biologique est le même, la limite ci-dessus s’appliquant à une pleine journée de travail.

 

La protection en milieu de travail

L’exposition professionnelle aux UV devrait être réduite au minimum possible. Dans le cas des sources artificielles, il faudrait donner la priorité aux moyens techniques (filtrage, écrans, revêtements). Les mesures organisationnelles de prévention, comme la restriction de l’accès, peuvent réduire les exigences de protection personnelle.

 

Les travailleurs d’extérieur (travailleurs agricoles, manœuvres, travailleurs du bâtiment, pêcheurs, etc.) peuvent minimiser les risques d’exposition aux UV solaires en portant des vêtements faits d’un tissu à trame serrée et surtout un chapeau à larges bords protégeant le visage et le cou. Ils peuvent également appliquer un écran solaire sur la peau exposée. Ces travailleurs devraient avoir accès à un lieu ombragé et disposer de toutes les mesures de protection nécessaires mentionnées ci-dessus.

 

Dans l’industrie, de nombreuses sources d’UV peuvent causer des lésions oculaires aiguës en très peu de temps. Il existe de nombreuses formes de protecteurs oculaires assurant différents degrés de protection, selon l’utilisation prévue. Les protecteurs à usage industriel comprennent les masques de soudage (qui protègent en outre les yeux contre la lumière visible trop vive et les infrarouges, et le visage contre les étincelles et les éclats), les protecteurs faciaux, les lunettes à coques et les lunettes antiultraviolets. D’une façon générale, les protecteurs oculaires à usage industriel devraient être bien adaptés à la morphologie du visage, de manière à ne pas laisser de fentes par lesquelles les UV pourraient directement atteindre l’œil, et être solidement construits pour prévenir les blessures.

 

Le choix des protecteurs oculaires dépend des facteurs suivants:

 

intensité et caractéristiques spectrales d’émission de la source d’UV;

comportement des personnes à proximité des sources d’UV (la distance et le temps d’exposition sont importants);

propriétés de transmission des protecteurs oculaires;

forme de la monture (conçue, par exemple, pour prévenir l’exposition périphérique de l’œil aux UV directs non absorbés).

 

En cas d’exposition industrielle, on peut évaluer le risque pour les yeux en mesurant l’intensité des sources et en les comparant aux limites recommandées (Duchêne, Lakey et Repacholi, 1991).

 

Le mesurage des ultraviolets

Etant donné que les effets biologiques dépendent fortement de la longueur d’onde, la principale caractéristique de toute source d’UV est sa distribution spectrale de puissance ou d’éclairement énergétique, que l’on mesure à l’aide d’un spectroradiomètre, appareil constitué par une optique d’entrée, un monochromateur, un détecteur d’UV et un dispositif de lecture. Il est à noter que le spectrora-diomètre n’est pas d’un usage courant en santé au travail.

 

Dans beaucoup de cas pratiques, on se sert d’un appareil de mesure à large bande pour déterminer les durées d’exposition ne présentant pas de risque. A des fins de sécurité, la réponse spectrale peut être adaptée à la fonction de risque spectral utilisée dans les directives d’exposition de la Conférence américaine des hygiénistes gouvernementaux du travail (American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH)) et de l’Association internationale pour la protection contre les radiations (International Radiation Protection Association (IRPA)). En l’absence d’appareils de mesure adéquats, on peut commettre de graves erreurs dans l’évaluation des risques. Il existe également des dosimètres personnels UV (par exemple, les dosimètres à film de polysulfone), mais ils sont surtout utilisés pour la recherche sur la sécurité du travail plutôt que dans des études d’évaluation de risques.

 

Conclusion

L’exposition aux UV provoque constamment des dommages moléculaires dans des composants cellulaires essentiels, mais ces dommages déclenchent des mécanismes naturels de régénération des tissus cutanés et oculaires affectés. Les lésions biologiques aiguës n’apparaissent que lorsque ces mécanismes sont surchargés (Smith, 1988). Compte tenu de toutes ces raisons, les spécialistes de la sécurité et de la santé au travail poursuivent leurs efforts pour minimiser l’exposition professionnelle aux ultraviolets.