Anatoli Bugorski : pourquoi un faisceau de protons ne l’a pas tué

Deux mille grays. C’est la dose de rayonnement reconstituée au point d’entrée, dans le crâne d’Anatoli Bugorski, le chiffre encore cité pour l’instant où un faisceau de protons actif lui a traversé la tête au synchrotron U-70, le 3 juin 1978. Comparez cela aux quelque 4,5 sieverts qui tuent la moitié des personnes non traitées exposées sur tout le corps, et le chiffre de Bugorski semble appartenir à un autre univers. C’est le cas. Cet écart, plus que la taille du nombre, est la véritable histoire.

Chaque récit reprend le même geste : diviser sa dose par une dose létale et s’émerveiller du rapport. Ce rapport est le mauvais outil, car une dose de rayonnement sans volume ni tissu précisés ne signifie presque rien. Corrigez pour ce qui a réellement été irradié (quelques centimètres cubes de cerveau et d’oreille interne, pas un corps humain entier) et le « miracle » cesse d’en être un. Cela ressemble simplement à de la physique qui fait exactement ce que les chiffres prédisent.

L’accident : Anatoli Bugorski et le faisceau du U-70

En 1978, Bugorski était chercheur à l’Institut de physique des hautes énergies de Protvino, qui abritait le synchrotron U-70, alors le plus grand accélérateur de particules de l’Union soviétique. Le 3 juin, il vérifiait un équipement défectueux de la ligne de faisceau. Le verrouillage automatique de la porte avait été désactivé lors d’une expérience précédente et jamais réactivé, et le voyant lumineux au-dessus de la porte était éteint parce que son ampoule avait grillé. Huit ans plus tard, la navette Challenger était perdue à cause d’une autre sécurité outrepassée, une marge de température connue ; dans les deux cas, des personnes se sont retrouvées là où le système supposait que personne ne serait.

Bugorski s’est penché, la tête dans la ligne de faisceau. Un faisceau de protons se déplaçant à 99,99 % de la vitesse de la lumière, porteur d’une énergie largement citée à 76 GeV (le maximum nominal de conception du U-70 était de 70 GeV), lui a traversé l’arrière du crâne et est ressorti par le visage en une fraction de seconde. Il décrira plus tard cet instant comme un éclair plus lumineux que « mille soleils », une phrase reprise dans presque tous les récits depuis, bien qu’aucune transcription primaire n’ait refait surface. Il n’y eut aucune douleur : l’exposition fut terminée avant que son système nerveux n’ait pu l’enregistrer.

Ce qui a suivi dans les jours suivants fut visible et effrayant : le côté gauche de son visage a enflé, et la peau le long de la trajectoire de sortie du faisceau a pelé là où les tissus avaient été détruits. Les médecins qui l’ont examiné s’attendaient à sa mort dans les jours suivants, le pronostic standard pour quiconque avait absorbé une dose proche de ce qu’impliquait la physique du faisceau. Il n’est pas mort, et comprendre pourquoi exige d’abandonner le cadre de pensée auquel les médecins ont d’abord fait appel.

Le secret soviétique, et une histoire qui a mis des décennies à émerger

Bugorski fut transféré vers des spécialistes moscovites qui l’ont étudié comme un cas unique, une donnée humaine vivante sur ce qu’un faisceau de cette énergie fait à une tête humaine. Tout son dossier de traitement a été classé secret aussitôt, et vingt ans plus tard il restait difficile d’y accéder : un schéma courant pour tout ce qui touchait aux programmes nucléaires et accélérateurs de l’URSS. Dans les années 1990, il disait qu’il se mettrait volontiers à la disposition de chercheurs occidentaux, mais qu’il n’avait pas les moyens de quitter Protvino. Cela rejoint d’autres chapitres fermés de la grande science soviétique, où des résultats sans précédent sont restés inédits pour des raisons qui n’avaient rien à voir avec la science elle-même.

Malgré la défiguration, ses capacités intellectuelles sont restées pratiquement intactes, même si le travail intellectuel le fatiguait désormais beaucoup plus vite, et en 1980 il a soutenu la thèse de candidat ès sciences (l’équivalent soviétique du doctorat) qu’il avait préparée avant l’accident. Ce seul fait en a dit long aux médecins soviétiques sur le caractère réellement localisé des dégâts.

Les récits populaires affirment souvent que l’histoire a éclaté à la fin des années 1980, le monde étant censé être resté dans l’ignorance pendant près de quinze ans. Cette chronologie ne tient pas : les premiers récits que nous avons pu vérifier sont l’article de Masha Gessen dans Wired (décembre 1997) et un long article des Izvestia en janvier 1998, et Bugorski n’a pas parlé publiquement de l’accident pendant plus de dix ans. Une fois les détails connus des chercheurs extérieurs, le cas Bugorski est devenu l’une des seules données humaines disponibles sur ce qu’un corps subit face à une dose extrême et étroitement localisée d’un faisceau de protons à haute énergie.

Les chiffres : la dose de Bugorski en contexte

L’affirmation des « centaines de milliers de fois la dose létale » vient de la comparaison d’une dose locale avec une dose corps entier. Le gray (Gy) mesure l’énergie absorbée par kilogramme de tissu, qu’il s’agisse de quelques centimètres cubes ou du corps entier. Le sievert (Sv) pondère la dose selon le type de rayonnement et la sensibilité des organes et sert à évaluer le risque de cancer à long terme ; les seuils du syndrome d’irradiation aiguë sont des doses absorbées corps entier. Pour les protons, les deux valeurs sont proches (efficacité biologique relative proche de 1,1). Ce qui sépare le chiffre de Bugorski d’une dose létale, c’est le volume irradié, pas l’unité.

Les chiffres d’entrée et de sortie de Bugorski ci-dessous sont des valeurs locales en Gy, à travers quelques centimètres cubes de tissu. Ils proviennent des valeurs en röntgens du dossier médical cité par les Izvestia en 1998, et non d’une lecture dosimétrique primaire. Aucun physicien nommément identifié ni rapport de dosimétrie original n’a été vérifié de façon indépendante. Les deux lignes de radiothérapie sont elles aussi des doses locales ; les autres lignes sont des chiffres corps entier, tirés de sources telles que le programme Radiation Emergency Medical Management du HHS et l’UNSCEAR. Lire le tableau comme une échelle continue unique est l’erreur ; le lire comme deux échelles distinctes est précisément le propos.

Mesure	Valeur	Type	Source
Bugorski, point de sortie (localisé)	3 000 Gy (d’après 300 000 röntgens)	Dose locale, Gy	Dossier médical cité par les Izvestia (1998) ; conversion approximative
Bugorski, point d’entrée (localisé)	2 000 Gy (d’après 200 000 röntgens)	Dose locale, Gy	Dossier médical cité par les Izvestia (1998) ; conversion approximative
Cure complète de radiothérapie tête/cou	60-70 Gy au total	Tissu local, Gy	Radiothérapie externe standard (recommandations ICRU), ~30-35 fractions
Fraction unique typique de radiothérapie	~2 Gy	Tissu local, Gy	Radiothérapie externe standard
Hisashi Ouchi, accident de criticité de Tokaimura, 1999	~17 Sv (estimation de la STA japonaise)	Corps entier, Sv	Cas cliniques publiés ; décédé 83 jours après l’exposition
DL50/60 corps entier chez l’humain, sans soins médicaux	~4,5 Sv	Corps entier, Sv	REMM/HHS ; cité par la NRC (~6-7 Sv avec soins de support intensifs)
Rayonnement naturel annuel, moyenne mondiale	~2,4 mSv (0,0024 Sv)	Corps entier, Sv	UNSCEAR

Le pic de Bragg : pourquoi la protonthérapie fonctionne, et pourquoi ce faisceau ne s’est pas arrêté

Voici l’élément de physique qui explique réellement la survie, et cela commence par la façon dont les particules chargées perdent leur énergie en traversant la matière. Un proton ralentit en traversant les tissus, et il ne perd pas son énergie à un rythme constant tout au long du trajet : il libère l’écrasante majorité de son énergie dans un pic aigu, juste avant la fin de son parcours, appelé le pic de Bragg. Avant ce pic, la particule dépose une dose relativement faible et stable ; au pic lui-même, la dose bondit de façon spectaculaire avant de retomber presque à zéro au-delà.

La protonthérapie contre le cancer exploite directement ce phénomène. Les faisceaux cliniques fonctionnent à environ 70 à 250 MeV, réglés pour que le pic de Bragg tombe précisément à l’intérieur de la tumeur, concentrant les dégâts à cet endroit tout en épargnant les tissus sains avant et après. C’est une version délibérément conçue de ce qui rend les protons intéressants pour la radiothérapie en premier lieu, un niveau de contrôle de l’énergie qui a poussé l’ingénierie des accélérateurs vers des extrêmes aussi radicaux que de maintenir des aimants plus froids que l’espace profond au LHC, dans la même grande famille de machines que le U-70.

Un proton de 76 GeV est 300 à 1 000 fois plus énergétique qu’un faisceau clinique de protonthérapie, avec un parcours dans la matière dense mesuré en mètres, et non en centimètres. Une tête humaine mesure environ 15 à 20 centimètres. Le faisceau qui a frappé Bugorski dépassait si largement la portée à laquelle un pic de Bragg pourrait se former à l’intérieur d’un corps humain qu’il n’en a jamais eu l’occasion : il a traversé son crâne et son cerveau sur la partie plate, proche du minimum d’ionisation, de la courbe de perte d’énergie, et a continué sa course, ressortant par son visage en emportant encore l’essentiel de son énergie initiale. La protonthérapie place le pic à l’intérieur de la cible ; l’accident de Bugorski en est l’exact inverse, un faisceau trop énergétique pour s’arrêter à l’intérieur d’une personne.

Pourquoi le syndrome d’irradiation aiguë ne s’est jamais déclaré

La seconde moitié de l’explication est biologique, pas physique. Le syndrome d’irradiation aiguë, la maladie des rayonnements classique, qui tue en quelques jours à quelques semaines, est fondamentalement une maladie du corps entier, pas d’une blessure isolée. Il tue en détruisant les tissus qui dépendent d’un renouvellement cellulaire constant et rapide : la moelle osseuse, qui produit les cellules sanguines (le syndrome hématopoïétique, environ 1 à 10 sieverts corps entier), et la paroi de l’intestin (le syndrome gastro-intestinal, au-delà d’environ 10 sieverts corps entier).

Le faisceau de Bugorski formait un canal de seulement quelques millimètres de large, traversant l’arrière de son crâne, le tissu cérébral et l’oreille interne. Il n’a jamais touché son fémur, son bassin, son sternum ou ses vertèbres, les os qui abritent la moelle dont dépend le syndrome d’irradiation aiguë. Il n’a jamais touché sa paroi intestinale non plus. Moyennée sur l’ensemble du corps, la dose qui gouverne réellement la survie au syndrome d’irradiation était faible, même si la dose le long de ce trajet étroit était, localement, catastrophique.

Les dégâts qui se sont effectivement produits correspondent précisément à ce que le faisceau a réellement traversé. La lésion du nerf facial, le nerf crânien VII, a produit la paralysie durable du côté gauche de son visage. La lésion du nerf cochléo-vestibulaire, le nerf crânien VIII, a produit une perte auditive permanente de l’oreille gauche. Une cicatrice focale dans le tissu cérébral traversé par le faisceau a créé un foyer épileptogène, ce qui explique pourquoi Bugorski vit depuis avec une épilepsie récurrente. Rien de tout cela n’est mystérieux une fois que l’on sait exactement où est passé le faisceau.

Ce qu’est devenu Anatoli Bugorski depuis

Il est retourné à l’Institut de physique des hautes énergies environ dix-huit mois après l’accident et a ensuite coordonné les expériences de physique sur le faisceau du U-70 qui l’avait blessé : un scientifique qui a continué à travailler dans le domaine même qui avait failli le tuer, à Protvino, la ville de recherche fermée où l’accident s’est produit.

Nous n’avons trouvé aucun rapport fiable de son décès ; né le 25 juin 1942, il aurait aujourd’hui 84 ans. Les derniers récits de première main sur sa santé, de 1997 et 1998, décrivent des crises récurrentes, la surdité de l’oreille gauche et la paralysie du côté gauche du visage : les mêmes séquelles qui correspondaient directement au trajet du faisceau. Le cas d’Anatoli Bugorski se lit, sur le papier, comme s’il avait dû s’achever en 1978 ; la blessure était réelle et permanente, mais elle n’a jamais été la catastrophe corps entier que le chiffre de dose brut laisse supposer.

Anatoli Bugorski : questions fréquentes

Anatoli Bugorski a-t-il survécu à l’accident de l’accélérateur de particules ?

Oui. Bien qu’il ait reçu un faisceau de protons de 76 GeV en pleine tête au synchrotron U-70 le 3 juin 1978, Anatoli Bugorski a survécu, a soutenu en 1980 sa thèse de candidat ès sciences (équivalent du doctorat) et a repris le travail à l’institut où l’accident s’était produit.

Pourquoi le faisceau de protons ne l’a-t-il pas tué ?

Deux faits distincts l’expliquent. Le faisceau était si énergétique qu’il n’a jamais formé de pic de Bragg à l’intérieur de sa tête : il a traversé son crâne et son cerveau sur la partie plate de sa courbe de perte d’énergie et est ressorti par son visage au lieu de déposer une dose létale concentrée et de s’arrêter. Et le syndrome d’irradiation aiguë, la maladie qui tue normalement après une exposition sévère, exige des dégâts corps entier à la moelle osseuse et à la paroi intestinale ; le trajet étroit du faisceau a totalement épargné les deux.

Est-il vrai qu’il a reçu des centaines de milliers de fois la dose létale ?

Non : ce chiffre, bien que largement repris, ne tient pas. La comparaison la plus couramment citée se rapproche plutôt de 200 à 600 fois une dose létale corps entier classique, et même cette comparaison est trompeuse, car la dose reconstituée de Bugorski est un chiffre local en Gy pour quelques centimètres cubes de tissu, tandis que les seuils de dose létale sont des chiffres corps entier en Sv. Voir les chiffres ci-dessus pour la comparaison complète.

Quelles ont été les séquelles à long terme de l’accident ?

Le côté gauche de son visage a été définitivement paralysé, il a perdu l’audition de l’oreille gauche et a connu des crises récurrentes dans les années qui ont suivi. Une affirmation répandue selon laquelle le côté paralysé de son visage se serait ridé plus lentement avec l’âge est une anecdote plausible mais cliniquement non vérifiée, et non un constat documenté.

Quand le monde a-t-il appris l’existence de l’accident ?

Pas avant longtemps. Les autorités soviétiques ont largement gardé l’affaire hors de vue pendant des années après 1978. Les premiers récits que nous avons pu vérifier sont l’article de Masha Gessen dans Wired (décembre 1997) et un article des Izvestia en janvier 1998 ; les affirmations la situant à la fin des années 1980 ne sont pas bien étayées.

Où l’accident s’est-il produit ?

Au synchrotron U-70 de l’Institut de physique des hautes énergies à Protvino, alors l’accélérateur de particules le plus puissant de l’Union soviétique, lorsque Bugorski est entré dans la ligne de faisceau alors que le faisceau était encore actif : le verrouillage de la porte était resté désactivé et l’ampoule du voyant avait grillé.

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