Becquerel, gray, sievert, compteur Geiger… la radioactivité s’accompagne d’un vocabulaire technique qui peut sembler opaque. Cet article vous propose des explications claires pour mieux comprendre ces notions.
1. Qu’est-ce que la radioactivité ?
Dans la nature, la plupart des noyaux des atomes (composés de protons et de neutrons et entourés d’électrons) sont stables, c’est-à-dire qu’ils restent identiques et sont électriquement neutres. Certaines combinaisons de neutrons, protons et d’électrons forment toutefois des noyaux instables : ils possèdent trop de protons, trop de neutrons, trop d’électrons, ou trop de tout. La nature évoluant toujours vers un état stable, les noyaux instables se transforment spontanément pour corriger ces anomalies : ils expulsent l’énergie excédentaire liée à leur instabilité sous forme de rayonnements invisibles, appelés rayonnements ionisants. C’est ce que l’on appelle la désintégration radioactive, ou radioactivité.
Plus l’activité d’un élément instable est forte, plus l’énergie dégagée, et donc la radioactivité, sont élevées. Il existe trois types de rayonnements, d’intensité différente :
- le rayonnement alpha : arrêté par une feuille de papier,
- le rayonnement bêta : arrêté par une feuille d’aluminium,
- le rayonnement gamma : beaucoup plus pénétrant, il peut parcourir plusieurs centaines de mètres dans l’air et il faut une forte épaisseur de plomb ou de béton pour l’arrêter.
Trois unités sont utilisées pour mesurer la radioactivité et ses effets : elles évaluent la quantité de rayonnement émise par seconde, la quantité d’énergie absorbée et les effets biologiques de celle-ci.
2. Les unités de mesure de la radioactivité
2.1. Le becquerel (Bq)
Le becquerel (Bq) mesure le nombre de transformations par seconde du noyau, et permet de définir le niveau d’activité d’une matière radioactive. Un becquerel équivaut à une désintégration spontanée d’un noyau instable par seconde.
La radioactivité est généralement exprimée en multiples du becquerel : kilo (mille becquerels), méga (un million de becquerels), giga (un milliard de becquerels).
Elle est souvent rapportée à une masse (Bq/kg), un volume (Bq/l ou Bq/m³), ou une surface (Bq/m²).
La radioactivité est présente dans la nature. Elle est par exemple de 10 Bq/m³ dans l’air ambiant en temps normal. Autres exemples naturels, le lait contient 70 Bq/l ou encore la radioactivité moyenne du corps humain adulte est de 120 Bq/kg.
Les becquerels sont mesurés notamment à l’aide du compteur Geiger-Müller, qui détecte les rayonnements bêta et gamma et émet un signal sonore en leur présence. L’amplitude du signal électrique indique le nombre de désintégrations par seconde.
2.2. Le gray (Gy)
Le gray (Gy) mesure la quantité de rayonnement absorbée par la matière (organisme ou objet). Il correspond à la quantité d’énergie transférée lors de la désintégration du noyau par unité de masse de la matière touchée : 1 gray équivaut à 1 joule par kilogramme.
Le facteur temps est pris en compte pour cette mesure et l’on parle de « débit de dose ». L’incidence d’un débit de dose de 1 Gy/h (soit une dose équivalente à 1 Gy pendant une heure) ne sera par exemple pas la même si la matière y est exposée pendant quelques secondes ou pendant une heure entière.
2.3. Le sievert (Sv)
Il évalue les effets biologiques potentiels de la radioactivité sur la matière vivante exposée en tenant compte de la nature des rayonnements et de la radiosensibilité des organes.
Il indique la dose équivalente biologique, c’est-à-dire l’effet subi par un tissu ou un organe exposé à de la radioactivité. Chaque tissu et organe présente une vulnérabilité propre face à un type de rayonnement. Par exemple, à exposition égale, la vulnérabilité du foie est trois fois supérieure à celle du poumon. Le sievert correspond donc à la dose absorbée (en Gy) multipliée par un facteur de pondération biologique.
Il sert aussi à exprimer la dose efficace, soit la somme des doses équivalentes biologiques, pour évaluer les dommages subis par le corps entier.
L’unité la plus fréquemment employée est le millisievert (mSv), qui correspond à un millième de sievert (1/1 000e de Sv).
Le dessin ci-dessous illustre de manière simple les différences entre ces unités :
Infographie © CEA
3. Réglementation française
La réglementation française fixe le seuil de dose efficace maximale tolérée par une personne à 1 mSv/an au-delà de la radioactivité naturelle (en moyenne 2,4 mSv/an) et des doses reçues en médecine. Les limites réglementaires sont plus élevées pour les travailleurs du nucléaire (20 mSv/an), car ils bénéficient d’un suivi médical poussé afin de vérifier périodiquement leur bonne santé et leur aptitude à travailler sous rayonnements ionisants.
Pour la population générale, les radiographies médicales constituent la principale source d’exposition artificielle. Au total, un Français est exposé en moyenne à une dose efficace de 3,7 mSv/an, quasiment exclusivement en raison de la radioactivité naturelle et de l’exposition médicale.
La NASA retient comme ordre de grandeur que les astronautes de la station spatiale internationale absorbent une dose journalière moyenne d’environ 0,5 mSv.
4. Évolution des unités de mesure de la radioactivité
Les unités de mesure de la radioactivité actuelles ont été adoptées par le Système international d’unités dans les années 1970.
Le becquerel, du nom du physicien Henri Becquerel qui a découvert la radioactivité spontanée en 1896, a remplacé le curie (Ci), qui célébrait la découverte du polonium et du radium par Pierre et Marie Curie.
Le gray, qui reprend le nom du physicien anglais Louis Gray, très impliqué dans le développement de la médecine nucléaire, a remplacé le rad.
Enfin, le sievert a remplacé le rem. Il rend hommage au radiobiologiste suédois Rolf Sievert, spécialisé dans la recherche sur les effets biologiques des radiations.
5. Questions fréquentes
Quelle est la différence entre becquerel, gray et sievert ?
Le becquerel (Bq) mesure l’activité d’une matière radioactive, soit le nombre de désintégrations de noyaux par seconde. Le gray (Gy) mesure l’énergie absorbée par la matière exposée : 1 Gy équivaut à 1 joule par kilogramme. Le sievert (Sv), lui, n’est pas mesuré mais calculé : il évalue les effets biologiques sur l’organisme en tenant compte du type de rayonnement et de la sensibilité de chaque organe.
Quelle est la dose de radioactivité maximale autorisée en France ?
La réglementation française fixe la dose efficace maximale tolérée pour la population à 1 mSv/an, en plus de la radioactivité naturelle (en moyenne 2,4 mSv/an) et des doses reçues en médecine. Pour les travailleurs du nucléaire, la limite est portée à 20 mSv/an, car ils bénéficient d’un suivi médical renforcé qui vérifie régulièrement leur santé et leur aptitude à travailler sous rayonnements ionisants.
Comment fonctionne un compteur Geiger ?
Le compteur Geiger-Müller sert à mesurer les becquerels, c’est-à-dire l’activité d’une source radioactive. Il détecte les rayonnements bêta et gamma et émet un signal sonore en leur présence. L’amplitude du signal électrique produit indique le nombre de désintégrations par seconde.