Le sievert (de symbole Sv) est une unité utilisée pour évaluer les conséquences de la radioactivité sur le corps humain« Lexique », CEA.. Elle dérive du gray, qui est une unité de mesure physique, en pondérant l'effet des rayonnements par la dangerosité de ces rayonnements, d'une part, et les tissus biologiques affectés, d'autre part.
Plus précisément, c'est l'unité dérivée du Système international utilisée pour mesurer une dose équivalente, une dose efficace ou un débit de dose radioactive (Sv/s, Sv/h ou Sv/an)« Unités ayant des noms spéciaux », Bureau international des poids et mesures (consulté le 29 janvier 2008)., c'est-à-dire pour évaluer quantitativement les conséquences biologiques d'une exposition humaine à des rayonnements ionisants. Le sievert ne peut donc pas être utilisé pour quantifier l'exposition reçue par des animaux de laboratoire ; il est remplacé dans cet usage par le gray.
L'effet des rayonnements dépend d'abord de l'énergie ionisante reçue physiquement par chaque unité de masse. Le sievert est donc homogène au gray, c'est-à-dire au joule par kilogramme. Cependant, l'effet spécifique de cette énergie est traduit par deux coefficients, l'un rendant compte de l'efficacité biologique des différents rayonnements, et l'autre des conséquences biologiques de l'atteinte d'un organe donné. Ces deux facteurs de pondération sont des grandeurs sans dimension, évalués par des études sur la santé et susceptibles de mise à jour.
Cette unité a été nommée en hommage à Rolf Sievert, physicien suédois ayant travaillé sur la mesure des doses radioactives et sur les effets biologiques des radiations.
thumb|upright=2|Relation entre dose absorbée, dose équivalente et dose efficace (source CIPR).
Définition Dans le Système international d'unités :
[Gy] = [Sv] = J/kg = m/s
Le sievert est donc homogène au gray, autre unité utilisée en dosimétrie, qui mesure la dose absorbée (l'énergie absorbée par unité de masse), indépendamment de son effet biologique.
La dose absorbée, D, se calcule directement en grays : c'est l'énergie absorbée par unité de masse considérée. Par rapport à la dose absorbée, la dose efficace, E, tient compte de deux facteurs supplémentaires sans dimension (le facteur de pondération du rayonnement wR et le facteur de pondération tissulaire wT), qui traduisent l'effet relatif du rayonnement considéré sur l'organe considéré, par rapport à un rayonnement de référence.
Ces deux facteurs de pondérations sont prescrits dans les recommandations 2007 de la Commission internationale de protection radiologique« Recommandations 2007 de la Commission Internationale de Protection Radiologique », CIPR 103, 2009 .. Ainsi, les doses efficace E et équivalente H sont différentes des doses absorbées D, puisqu'elles dépendent de la valeur des facteurs wR et de wT. Afin d'éviter tout risque de confusion, on utilise l'unité « gray » ou « joule par kilogramme » pour la dose absorbée D et l'unité « sievert » pour la dose équivalente H ou efficace E.
Pondération de la nature du rayonnement
D'une part, les effets biologiques ne dépendent pas uniquement de l'énergie reçue par le rayonnement ionisant, mais également de la nature de ce rayonnement. Cette différence est prise en compte dans le facteur de pondération du rayonnement, qui permet de calculer la dose équivalente : quand on constate qu'à énergie égale des protons provoquent en moyenne deux fois plus de cancers que les rayons gamma, on traduit ce résultat expérimental en indiquant que le facteur de pondération associé aux protons est de deux. Pour chaque rayonnement, on peut ainsi définir la dose équivalente qui correspond à la dose de rayonnement gamma qui conduit à des résultats (sensiblement) équivalents.
La dose équivalente, H, est le produit de la dose absorbée D de rayonnements ionisants par un facteur sans dimension : wR (facteur de pondération traduisant à énergie équivalente l'effet propre aux différents rayonnements).
Le facteur de pondération du rayonnement wR reflète l'efficacité biologique relative de la radiation. En voici quelques valeurs : photons, toutes énergies (rayons X, rayons gamma) : wR = 1 ; électrons, positrons et muons, toutes énergies : wR = 1 ; neutrons : fonction continue : wR = 2,5 pour des énergies < 10 keV et des énergies > 1 GeV, entre 10 keV et 1 GeV, courbe gaussienne avec un maximum à wR = 20 pour une énergie de 1 MeV ; protons, énergie > 2 MeV : wR = 5 ; particules alpha et autres noyaux atomiques : wR = 20.
Pondération de la sensibilité du tissu biologique
D'autre part, la dose équivalente permet de calculer des effets biologiques quand un organisme est exposé dans son ensemble à une dose relativement homogène, mais quand une exposition n'est que partielle, sa gravité doit encore être pondérée par la nature du tissu biologique qui a été exposé : quand une exposition est locale, son effet (essentiellement, un potentiel carcinogène ou mutagène) n'a pas la même gravité suivant que les cellules de l'organe touché se reproduisent lentement (peau, os) ou au contraire se reproduisent très vite (moelle osseuse) ou bien sont susceptibles d'affecter la descendance (gonades). La dose efficace, E, est le produit de la dose équivalente H et d'un facteur sans dimension : wT (facteur de pondération traduisant la plus ou moins grande sensibilité du tissu aux rayonnements).
Voici quelques valeurs de wT pour les organes et tissus : gonades : wT = 0,08 ; estomac, gros intestin, moelle osseuse, poumon : wT = 0,12 ; cerveau, œsophage, foie, muscles, pancréas, petit intestin, rate, rein, sein, thyroïde, utérus, vessie : wT = 0,05 ; peau, surface des os : wT = 0,01.
On peut introduire un facteur additionnel N pour tenir compte d'autres facteurs, par exemple représenter l'espèce irradiée (les insectes sont beaucoup plus résistants aux radiations que les mammifères, par exemple) ou 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 ).
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.
Effet des doses d'irradiations Les mécanismes à l'œuvre dans le cas d'effets stochastiques (donc quantifiés par des mesures en sieverts) et dans le cas d'effets déterministes (où les mesures doivent s'exprimer en grays) n'ont rien à voir : les effets stochastiques n'ont été mis en évidence que par l'étude épidémiologique de populations soumises à des doses uniques relativement importantes (supérieures à une centaine de millisieverts) ou à des débits de dose importants (de l'ordre du mSv/h) de manière prolongée ; les effets déterministes sont observables directement après (ou peu après) une irradiation intense (à partir du Gray). 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 Commission internationale de protection radiologique (CIPR, ou ICRP en anglais).
Les facteurs de pondération wR et wT calculés par la CIPR évoluent au fur et à mesure que de nouvelles données scientifiques ou épidémiologiques apparaissent. Ils peuvent donc varier notablement (à la hausse ou à la baisse) suivant l'idée que les spécialistes de la question se font du risque. Ainsi, dans ses recommandations de 2007, la CIPR a estimé que le risque de transmission à la descendance était fortement surestimé dans leurs recommandations de 1990, et ils ont ramené le coefficient de pondération tissulaire pour les gonades de 0,20 à seulement 0,08.
Le sievert sert à quantifier le risque stochastique induit sur la santé des sujets par de faibles rayonnements : risque supplémentaire de décéder un jour d'un cancer, risque de transmettre un jour une mutation grave à un descendant. On peut utiliser le sievert pour exprimer de faibles expositions, par exemple pour la radioprotection des travailleurs et du public dans des conditions normales.
Cependant, utiliser le sievert pour quantifier l'effet d'un rayonnement important (typiquement de l'ordre du Gy) est incorrect, car pour de telles doses l'effet n'est pas stochastique mais déterministe. Par exemple, une dose de est dite létale, car elle implique une mort certaine. Pour ces fortes doses, on doit s'exprimer en grays, l'usage du sievert est presque toujours proscrit.
Dose reçue et signes cliniques
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, en fonction de la dose reçue. Cet effet peut être détecté statistiquement. Le sievert est la mesure qui prend en compte cet effet.
Les signes cliniques sont observés pour des irradiations massives, reçues sur une période très courte. Conformément à l'article sur les irradiations aiguës, il est incorrect d'utiliser le sievert lorsque l'on évoque les effets déterministes (ou non stochastique) des rayonnements. Le gray et le sievert sont deux unités « homogènes » que l'on peut donc comparer, mais de manière générale, au-delà d'une dose de un joule par kilogramme, la mesure s'exprime en grays D.J. Strom, , Pacific Northwest National Laboratory, Operated by Battelle for the US Department of Energy, 2003, page 5. + Effet suivant la catégorie de dose (échelle logarithmique) Dose Effet Pour une dose supérieure à : on observe un syndrome nerveux avec convulsions, coma et mort instantanéeD'après Delahaye, "Aspects médicaux posés par l'utilisation de l'arme nucléaire", 1969.. Toutefois, ces accidents étant extrêmement rares, les descriptions cliniques ne peuvent être établies totalement par l'épidémiologie. La mort est pratiquement certaine pour des doses supérieures à . Pour une dose supérieure à : on observe un syndrome gastro-intestinal avec diarrhées aiguës, hémorragie digestive menant à la mort. À titre indicatif, est la dose qui peut être administrée pour soigner les leucémies en détruisant la moelle osseuse juste avant une greffe. C'est la dose maximale reçue par certains liquidateurs de Tchernobyl. 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 . Elle est accompagnée d'un syndrome hématologique s'étalant sur une trentaine de jours. Aucun traitement n'est administré. Pour une dose de 2 à : 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). L'être humain présente des signes cliniques dus aux irradiations à partir d'une dose unique équivalente à , dénommé le « mal des rayons ». L'individu doit être alors systématiquement hospitalisé.