Si le plutonium est un élément chimique, sa toxicité est essentiellement de nature radiologique. La plupart des isotopes du plutonium émettent en effet des rayonnements ionisants, principalement des rayonnements alpha (²³⁸Pu, ²³⁹Pu, et ²⁴⁰Pu). Ces rayonnements étant cependant peu pénétrants, ils peuvent être arrêtés par 3 à 5 centimètres d'air, par une feuille de papier ou par une épaisseur de tissus humains de 30 micromètres (soit 3 à 5 couches de cellules) qui suffit alors à se protéger de toute irradiation externe.

Micro poudre d'oxyde de plutonium. © CEA

Cependant, en cas d'accident, l'homme peut être exposé de manière interne, notamment après inhalation de particules de plutonium en suspension dans l'air, ou après blessure, voire ingestion d'aliments contaminés. D'une manière générale, lorsque le plutonium pénètre dans l'organisme, sa radioactivité entraîne alors une irradiation des organes contaminés. Selon sa forme chimique (oxyde, nitrate, ..) le plutonium sera retenu de façon plus ou moins durable dans certains organes tels les poumons, le foie et le squelette avant d'être éliminé naturellement. Selon le type d'exposition, le plutonium n'aura pas non plus le même comportement, ainsi :

•  après inhalation , les poussières contenant du plutonium se déposent dans les poumons en fonction de leur taille. La plupart des particules, de taille supérieure à quelques micromètres, repassent rapidement des voies aériennes vers l ‘appareil digestif et suivent alors le devenir du plutonium ingéré. Les particules plus petites peuvent rester plusieurs mois dans le poumon, avant d'être à leur tour éliminées par voie digestive ou se dissoudre si le plutonium est sous une forme soluble ; l'élément est alors transféré dans le sang ;

•  après blessure , les fragments contenant du plutonium peuvent rester dans la plaie et se dissoudre lentement pour gagner le sang. Cependant, le fragment métallique s'entoure rapidement d'une coque fibreuse qui limite cette dissolution ;

•  dans le cas de l'ingestion d'aliments , le plutonium est très peu absorbé par voie digestive, la quasi totalité du plutonium est rejeté par voie digestive (moins du millième est absorbé par l'organisme. Cette faible fraction absorbée au travers de la paroi intestinale, circule dans le sang et le plutonium se fixe ensuite préférentiellement dans le squelette et dans le foie).

Toxicité du plutonium



Depuis la découverte du plutonium en 1940, de nombreux travaux ont été effectués pour caractériser la toxicité du plutonium. Les études faites alors chez l'animal ont montré que plusieurs milliers ou dizaines de milliers de becquerels d'oxyde de plutonium 239 déposés dans les poumons augmentaient la fréquence des cancers pulmonaires. De même, l'exposition par inhalation ou injection à de fortes de doses (plus de 10 000 Bq/kg), de plutonium soluble augmentait la fréquence des cancers du squelette.

C'est à partir de ces études que des règles strictes de protection ont été mises en place. Chez l'homme, dans les années 1940 à 1960, il y a eu des expositions professionnelles répétées tant aux Etats-Unis qu'en URSS, concernant quelques centaines de personnes. Plus de 40 ans après ces expositions, le risque de cancer pulmonaire apparaît augmenté pour des doses au poumon relativement élevées (>1 Gy), et il n'y a pas de confirmation du risque de cancer de squelette ou du foie. Aux expositions à dose plus faible, il n'a pas été observé d'augmentation des cancers pulmonaires. Cependant, le Centre international de recherche sur le cancer, CIRC, a classé le ²³⁹Pu et ses descendants comme cancérogène en aérosol (classe 1) pour l'homme.