Dose efficace - Définition
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Introduction
En physique nucléaire, la dose efficace est une grandeur physique mesurant l'impact sur les tissus biologiques d'une exposition à un rayonnement ionisant, notamment à une source de radioactivité. Il se définit comme la dose absorbée, à savoir l'énergie reçue par unité de masse, corrigée d'un facteur sans dimension prenant en compte la dangerosité relative du rayonnement considéré et la sensibilité du tissu irradié.
L'unité de la dose efficace est le sievert (Sv), en l'honneur du physicien Rolf Sievert, et peut s'exprimer en équivalent efficace de joule par kilogramme (J/kg). L'ancienne unité, le rem, vaut 10 mSv (100 rem = 1 Sv).
Utilisation
La dose efficace est une unité utilisée en radioprotection pour prédire les risques stochastiques liés à une irradiation chronique. Il n'est pas approprié pour prévoir les effets d'une irradiation aiguë.
La dose efficace
Calcul général
À partir des doses absorbées DR,T délivrée par différents rayonnements R sur différents tissus T la dose efficace est calculée selon :
.
où les wT sont les facteurs de pondération des tissus et les wR les facteurs de pondération des rayonnements.
On peut aussi écrire E en fonction des doses équivalentes HT délivrés sur les tissus T :
.
Dans la pratique, la dose efficace est la somme de la dose externe mesurée directement par un dosimètre et de la dose interne estimée par le médecin à partir de l'activité incorporée dans l'organisme.
Facteur de pondération des tissus
| tissu | wT | wT | |
|---|---|---|---|
| gonades | 0,20 | 0,08 | |
| moelle osseuse | 0,12 | 0,12 | |
| côlon | 0,12 | 0,12 | |
| poumon | 0,12 | 0,12 | |
| estomac | 0,12 | 0,12 | |
| vessie | 0,05 | 0,04 | |
| sein | 0,05 | 0,12 | |
| foie | 0,05 | 0,04 | |
| œsophage | 0,05 | 0,04 | |
| thyroïde | 0,05 | 0,04 | |
| peau | 0,01 | 0,01 | |
| surface des os | 0,01 | 0,01 | |
| glande salivaire | 0,01 | ||
| cerveau | 0,01 | ||
| ensemble des autres tissus | 0,05 | 0,12 |
La dose interne
La dose interne est déterminée à partir de la mesure de l’activité de l’organisme ou des excrétas.
La première étape consiste à déterminer l’activité incorporée grâce à des modèles biocinétiques. Cette activité incorporée associée à des tables de la CIPR permet d’évaluer la dose engagée.
Modèles d'entrée
Avant de déterminer le devenir de chaque radio isotope dans l’organisme, il faut savoir si la substance inhalée ou ingérée sera transférée dans le système sanguin.
Pour étudier cela, la CIPR a développé deux modèles d’entrée :
- Le modèle respiratoire : il est constitué de cinq régions, 2 secteurs extra thoraciques (ET1 et ET2) et 3 secteurs thoraciques (BB, bb et AI). Le risque d’incorporation par inhalation est le plus important chez les travailleurs, ce modèle est donc le plus utilisé. Il est étroitement lié à la granulométrie des particules ainsi qu'à la forme chimique du radio-isotope et la solubilité de la substance. Trois types de particules ont donc été définies :
| Types | Période biologique | Absorption de la matière déposée | Exemples | ||
| ET2 | BB et bb | AI | |||
| F | 100 % en 10 min | 50 % absorbée 50 % ingérée | 100% | 100% | Tous les composés de Cs, I |
| M | 10 % en 10 min 90 % en 140 jours | 5% | 10% | 70% | Tous les composés de Ra, Am |
| S | 0,1 % en 10 min 99,9 % en 7000 jours | ~ | ~ | 10% | Composés insolubles de U et Pu |
- Le modèle alimentaire : Il a été récemment corrigé par la CIPR. les particules ingérées sont absorbées selon un facteur d’absorption gastro-intestinal. Ce facteur, comme dans le cas de particules inhalées, dépend de la forme physico-chimique des radionucléides ingérés.
- Un modèle de transfert pour les blessures existe également.
Activité incorporée, fonction de rétention
L’estimation de l’activité incorporée(AI) est basée pour chaque individu sur la période physique et la période biologique de chaque isotope.
Elle peut être déterminée par le médecin du travail à partir :
- Soit de l’activité présente dans l’organisme grâce à une mesure directe, dite in vivo, de la radioactivité de l'individu : les rayons émis à travers le corps sont directement mesurés par anthroporadiamétrie ;
- Soit de l’échantillon biologique grâce à une mesure indirecte d’échantillons biologiques éliminés par l’organisme (urines...).
Si M est l'activité mesurée de l'organisme, m(t) est la valeur de la fonction de rétention R(t) pour un temps t
Si M est l'activité mesurée de l'échantillon biologique, m(t) est la valeur de la fonction d’excrétion E(t) pour un temps t (depuis l’incorporation).
Les fonctions de rétention dépendent de certains éléments tels que :
- le type d’exposition : aiguë ou chronique
- le ou les modes d’incorporation(s)
- les radio-isotopes contaminants ainsi que leurs formes physico chimiques
- la physiologie du sujet (âge, morphologie, rétention des radio-isotopes dans les organes…)
- le mode de vie (carence en iode)
- les traitements d’urgence (ex : prise d’iode) et les médicaments
Ces différentes variables, étudiées dans les modèles systémiques, sont généralement mal identifiées, surtout celles qui dépendent de la physiologie du sujet. La CIPR recommande néanmoins l’utilisation de valeurs de référence moyennes, décrites dans ses publications.
De plus, la date de l’exposition est necessaire pour remonter à l’activité incorporée et à la dose. C'est une donnée souvent difficile à déterminer avec précision.
Dose efficace engagée
La composante interne de la dose efficace peut être déterminée à partir de l’activité incorporée (AI, en Bq ou Bq/jour), en utilisant la DPUI (dose efficace engagée par unité d’incorporation, en Sv.Bq-1). Ce coefficient prend en compte les deux facteurs de pondération (Wr et wt) ainsi que les fonctions de rétention.
Ainsi, pour une exposition aiguë la dose efficace engagée sur 50 ans est : 
Et pour une exposition chronique, pendant I jours : 
Les valeurs de référence des DPUI par ingestion et inhalation sont définies par la CIPR et proposées dans l’arrêté français du 1er septembre 2003