Sievert (unité)

Le sievert (symbole: Sv) est l'unité dérivée du système international pour l'équivalent de dose^[1]. Cette unité est nommée en hommage à Rolf Sievert, physicien suédois, célèbre pour ses travaux sur la mesure des doses de radiations et ses recherches sur les effets biologiques des radiations.

Sommaire 1 Définition 2 Effet des doses d'irradiations 3 Dose reçue et signes cliniques 4 Exposition aux rayonnements 5 Ordres de grandeur et réglementation 6 Unités équivalentes et proches 7 Notes et références 8 Sources

Définition

Le sievert a pour dimension le joule par kilogramme, ou encore le mètre carré par seconde au carré. Il est donc homogène au gray, autre unité utilisée en radiologie qui mesure l'énergie absorbée par unité de masse indépendamment de son effet biologique.

Par rapport au gray, le sievert tient compte de deux facteurs supplémentaire sans dimension, qui traduisent l'effet relatif du rayonnement considéré sur l'organe considéré, par rapport à un rayonnement de référence.

• La dose absorbée se calcule directement en gray : c'est l'énergie absorbée par unité de masse considérée.
• La dose équivalente, H, est le produit de la dose absorbée D de rayonnements ionisants par un facteur sans dimension : Q (facteur de pondération traduisant à énergie équivalente l'effet relatif des différents rayonnement).
• La dose efficace, E, est la somme des produits de la dose équivalente H et d'un facteur sans dimension : N (facteur de pondération traduisant la plus ou moins grande sensibilité du tissu aux rayonnements).

Ces deux facteurs de pondérations sont prescrits par la Commission internationale de protection radiologique (ICRP). Ainsi, pour une radiation donnée, la valeur numérique de H en joules par kilogramme peut être différente de la valeur numérique de D en joules par kilogramme, puisqu'elle est fonction de la valeur de Q et de N. Afin d'éviter tout risque de confusion entre la dose absorbée D et l'équivalent de dose H, il faut employer les noms spéciaux pour les unités correspondantes, c'est-à-dire qu’il faut utiliser le nom "gray" au lieu de "joule par kilogramme" pour l’unité de dose absorbée D et le nom "sievert" au lieu de "joule par kilogramme" pour l’unité d’équivalent de dose H.^[2]

Le facteur de qualité Q reflète l'efficacité biologique relative de la radiation. En voici quelques valeurs :

• Photons, toutes énergies : Q = 1
• Électrons et muons, toutes énergies : Q = 1
• Neutrons : fonction continue
  • Q = 2,5 pour des énergie <10 keV et des énergie > 1GeV
  • Entre 10 keV et 1 GeV, courbe gaussienne avec un maximal à Q = 20 pour une énergie de 1 MeV.
• Protons, énergie > 2 MeV : Q = 5
• Particules alpha et autres noyaux atomiques : Q = 20

Le facteur N, quant à lui, peut représenter entre autres l'espèce irradiée (les insectes sont beaucoup plus résistants aux radiations que les mammifères, par exemple), la susceptibilité de l'organe irradié (il est plus dangereux d'irradier la moelle osseuse que l'émail dentaire), ou encore corriger la dose reçue en fonction de son rythme d'accumulation (deux doses équivalentes en termes d'énergie déposée ne le sont pas si elles sont reçues sur des durées différentes) ou de sa concentration volumique (une dose concentrée sera différente d'une dose diffuse).

Voici quelques valeurs de N pour les organes et tissus :

• Gonades : N = 0,20
• Estomac, gros intestin, moelle osseuse, poumon : N = 0,12
• Cerveau, œsophage, foie, muscles, pancréas, petit intestin, rate, rein, sein, thyroïde, utérus, vessie : N = 0,05
• Peau, surface des os : N = 0,01

Et voici quelques valeurs de N (relatives aux humains) pour divers organismes :

• Virus, bactéries, protozoaires : N ≈ 0,03 – 0,0003
• Insectes : N ≈ 0,1 – 0,002
• Mollusques : N ≈ 0,06 – 0,006
• Plantes : N ≈ 2 – 0,02
• Poissons : N ≈ 0,75 – 0,03
• Amphibiens : N ≈ 0,4 – 0,14
• Reptiles : N ≈ 1 – 0,075
• Oiseaux : N ≈ 0,6 – 0,15
• Humain : N = 1

Si on suppose Q et N égaux à l'unité, alors 1 Sv ≈ 107,185 R.

Effet des doses d'irradiations

Les mécanismes à l'œuvre dans le cas d'effet stochastique (mesurés donc par des sieverts) et dans le cas d'effet déterministe (le Gy suffit) n'ont rien à voir.

• effet stochastique : n'ont pour le moment été mis en valeur que par l'étude de populations soumises à des rayonnements relativement faibles (typiquement Hiroshima ou les travailleurs du nucléaire) pendant une longue période.
• effet déterministe : sont observables directement après (ou peu après) une irradiation intense. Ces effets ont été découverts au début de l'étude de la radioactivité. Cette découverte a abouti à la création de l'ancêtre de la CIPR ou ICRP en anglais.

Les facteurs Q et N sont proposés par la CIPR mais ils ont un caractère arbitraire, il leur est déjà arrivé de varier notablement (à la hausse ou à la baisse) suivant l'idée que les spécialistes de la question se faisaient du risque. Typiquement le facteur 0,20 qui s'applique aux gonades tient compte du risque de transmettre les conséquences de l'irradiation à ses enfants, c'est un risque qui est considéré comme inadmissible, il n'a pour le moment pas encore été clairement mesuré, mais comme on doit attendre dans le cadre du suivi que les descendants soient suffisamment vieux pour valider ou non l'incidence de l'irradiation des gonades, par précaution on applique ce facteur de 0,20.

Le sievert sert à quantifier un risque ciblé sur un organe particulier, et capture généralement l'effet stochastique induit par de faibles rayonnements (le risque de contracter dans 20 ans un cancer suite à une exposition). En revanche, utiliser le sievert pour quantifier l'effet d'un rayonnement important (typiquement de l'ordre du Gy) est incorrect, car pour un tel rayonnement l'effet n'est pas stochastique mais déterministe : pour une dose de 8 Gy (dose dite létale) je sais que je vais mourir.

Les doses massives sont généralement reçues accidentellement, et sur l'ensemble du corps ; l'unité qui permet de mesurer cette exposition est le Gy. En revanche, les doses ponctuelles étudiées en radiothérapie ou en radiotoxicité sont généralement plus faibles, et dirigées sur un organe donné ; l'unité qui mesure le risque correspondant est le sievert.

Dose reçue et signes cliniques

Les signes cliniques sont observés pour des irradiations massives, reçues sur une période très courte.

• 20 Sv - Pour une dose supérieure à 40 Sv : On observe un syndrome nerveux avec convulsions, coma et mort instantanée.^[3]

Toutefois, ces accidents étant extrêmement rares, les descriptions cliniques ne peuvent être établies totalement par l'épidémiologie.

• 10 Sv - Pour une dose supérieure à 8 Sv : On observe un syndrome gastrointestinal avec diarrhées aiguës, hémorragie digestive menant à la mort. La mort est pratiquement certaine pour des doses supérieures à 10 Sv.
• 5 Sv - On définit l'irradiation aiguë globale comme étant la dose tuant 50 % des sujets exposés au rayonnement ionisant. Cette valeur admet un intervalle de 3 à 4,5 Sv. Elle est accompagnée d'un syndrome hématologique s'étalant sur une trentaine de jours. Aucun traitement n'est administré.
• 2 Sv - Pour une dose de 2 à 4 Sv : on observe en pratique clinique un syndrome hématopoïétique. Les populations de lymphocytes et globules blancs diminuent considérablement. On parle de lymphopénie, leucopénie et l'irradiation peut mener à une anémie (carence en globules rouges).
• 1 Sv - L'homme présente des signes cliniques dus aux irradiations à partir d'une dose unique équivalente à 1000 mSv (soit 1 Sv), dénommé le « mal des rayons ». L'individu est alors systématiquement hospitalisé.
• 0.5 Sv - L'observation des nettoyeurs de Tchernobyl a révélé une morbidité (mortalité?) anormalement élevée sans signe clinique spécifiquement liés à l'irradiation, suggérant un syndrome immunodéficitaire radioinduit. Le risque de mortalité s'élève de 14% par sievert dans les 30 années suivant la radio-exposition avec un seuil de 0,5 Sv.^[4]
• 0.1 Sv : l'étude des victimes de Hiroshima et Nagasaki n'a pas révélé de risque statistiquement significatif de cancers pour des doses aux organes inférieures à 100 mSv.^[5] Au-dessus, on estime que le risque de développer un cancer mortel pour ce type d'irradiation (en une exposition uniforme de très courte durée) est de 5 x 10-2 par Sv.^[6]

Pour des doses inférieures, et pour des doses cumulées reçues sur des durées longues, il n'y a pas d'effet déterministe observé. « le terme "faible" dose définit toute dose pour laquelle un effet biologique ne peut être décelé en raison des limites de sensibilité des techniques actuellement disponibles. Des seuils de sensibilité de 2cGy pour la détection d’une augmentation de la fréquence d’aberrations chromosomiques et de 20cGy pour celle du risque de cancer ont été retenus au coût d’une analyse extensive de cas et ce par plusieurs équipes. »^[7] En revanche, de nombreuses études montrent que des faibles expositions (inférieures à 0.1 Sv) stimulent les mécanismes protecteurs des cellules, et ont de ce fait un effet globalement bénéfique.^[8]

L'irradiation excessive est révélée par la présence de prodromes comme la nausée, la diarrhée, un sentiment de fatigue et de malaise. Par ailleurs, il a été observé que la déplétion lymphocytaire résultant de l'exposition à un rayonnement ionisant était directement proportionnelle à la dose efficace. Lors d'une probable irradiation chez un sujet, on effectue alors deux prises de sang à trois heures d'intervalle pour évaluer les éventuelles variations de la population lymphocytaire.

L'irradiation a également un effet stochastique : elle provoque une augmentation du risque de cancer, fonction de la dose reçue. Cet effet peut être détecté statistiquement.

Exposition aux rayonnements

Une particule ne transmet qu'une énergie négligeable. A une dose de 1 mSv dans les tissus mous correspond dans l'air les flux suivants, exprimés en nombre de particules par cm2 :^[9]

Energie (MeV)	électron (bêta)	Photon (gamma)	Neutron
10-8 à 10-3			9.6 107
10-2	2.6 105	1.3 108	6.5 107
10-1	1.5 106	2.5 109	2.0 108
1	3.1 106	2.0 108	2.8 106
10	3.0 106	4.0 107	2.5 106

Il faut une très grande activité (exprimée en Becquerel) pour créer un risque réel pour la santé, tant que l'exposition se limite aux rayonnements à distance, sans contact avec la matière radioactive.
Par exemple, une exposition externe à une contamination de 4000 Bq / m2 (ordre de grandeur des retombées constatées en France suite à Tchernobyl) d'une radioactivité que l'on suppose (pour le calcul) bêta à 1 MeV correspondrait à un flux d'électrons de 0.4 électrons par cm/2 et par seconde, donc une irradiation de 0.4/3.1 x 10^-6 mSv/s. Une exposition annuelle (soit 32 x 10⁶ secondes) à un rayonnement de cette amplitude conduit à une irradiation de 0.4/3.1x32 = 4 mSv, soit deux fois la dose moyenne naturelle, soit encore l'ordre de grandeur de la limite annuelle autorisée pour la population civile (à titre de comparaison, la dose absorbée pour une radio de poumon est de l’ordre de 0.70 mSv).

En revanche, l'activité d'un radioélément peut être plus dangereuse quand il est métabolisé.

Ordres de grandeur et réglementation

Par commodité, on utilise couramment le millisievert (mSv).

• Dose annuelle moyenne reçue en France : ~2,4 mSv/an/personne.
• Limite autorisée pour l'exposition de la population aux rayonnements artificiels, en France : 1 mSv/an/personne (Code de la santé publique, Article R1333-8).
• Limite autorisée pour les personnels exposés, en France : 20 mSv sur douze mois glissants par personne (Dosimétrie réglementaire), (Dosimétrie mensuelle fixée à 1,5 mSv). (Dosimétrie fixée par les entreprises à 16 mSv/an) (Code du travail, Article R231-76).
• Une radiographie des poumons : 0,3 mSv^[10]
• Un voyage Paris-New York aller et retour : 0,06 mSv^[10]
• Une centrale nucléaire française : 0,002 mSv/an^[10]
• Fumer une cigarette : 0,001 mSv^[11]

Unités équivalentes et proches

Les unités physiques mesurant la radioactivité sont nombreuses.

{ÉBAUCHE. Décrire en précisant le rapport ou l'équivalence avec l'unité SI) :

• Röntgen (symbole : R, avec 1 R = 258 µC/kg ~ 9,330 mGy) La dose de radiation ionisante qui produit une unité CGS électrostatique d’électricité (un franklin ou statcoulomb) dans un centimètre cube d’air sec à 0 °C sous une atmosphère de pression.
• Roentgen equivalent man (symbole : rem, avec 1 rem = 10 mSv)
• Roentgen equivalent physical (symbole : rep) dose de radiation absorbée par une masse de tissu qui y dépose la même énergie qu’un röntgen dans la même masse d’air (~8,4–9,3 mGy). L’unité est utilisée pour les radiations autres que X ou gamma.
• Débit de dose radioactive ou, par abus, « dose » (abrégé ddd, ou D° exprimé en mSv/h)
• Becquerel (symbole : Bq), unité d’activité.
• Rutherford (symbole : Rd, avec 1 Rd = 1 MBq)
• Curie (symbole : Ci, avec 1 Ci ~ 37 GBq)
• Coulomb par kilogramme (ou C/kg)
• Gray (symbole : Gy)
• Rad (symbole : rd, avec 1 Gy = 100 rd)
• DLxx (xx % de la dose létale sans hospitalisation, évaluée à 10 Sv)}
• Unité Mache (symbole : ME (de l’allemand Mache-Einheit), avec 1 ME ~ 13,468 kBq/m³) La quantité de radon par litre d’air qui ionise un courant continu de 0,001 unité CGS électrostatique par seconde (statampère), soit 0,364 nCi/L.
• Sunshine Unit ou Strontium Unit (symbole : S.U., avec 1 S.U. ~ 1,065 pGy/s) La contamination biologique au strontium-90 qui associe 1 pCi de ⁹⁰Sr par gramme de calcium corporel; la charge permissible est de 1000 S.U.

Notes et références

Sources

• Comité international des poids et mesures (CIPM) 1984, Recommandation 1 (PV, 52, 31 et Metrologia, 1985, 21, 90)
• Abdeljelil Bakri, Neil Heather, Jorge Hendrichs, et Ian Ferris; Fifty Years of Radiation Biology in Entomology: Lessons Learned from IDIDAS, Annals of the Entomological Society of America, 98(1): 1-12 (2005)
• Article sur la mesure de la radioactivité et la protection civile sur le site Luxorion.

• Portail de la physique