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Article

1 - CONTEXTE SOCIÉTAL ET NORMATIF

2 - BASES DE L’ÉLECTROMAGNÉTISME

  • 2.1 - Champ électromagnétique
  • 2.2 - Caractéristiques d’absorption

3 - PROPRIÉTÉS DIÉLECTRIQUES DES MILIEUX

  • 3.1 - Milieux biologiques
  • 3.2 - Liquides équivalents tissus
  • 3.3 - Mesure de la permittivité

4 - MESURE DU DÉBIT D'ABSORPTION SPÉCIFIQUE

  • 4.1 - Système de mesure
  • 4.2 - Fantôme et spécifications
  • 4.3 - Protocole de mesure
  • 4.4 - Validation métrologique

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE – DÉFINITIONS

Article de référence | Réf : R1138 v1

Bases de l’électromagnétisme
Dosimétrie radiofréquence (DAS/SAR)

Auteur(s) : Djamel ALLAL

Date de publication : 10 déc. 2015

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RÉSUMÉ

Cet article traite de la dosimétrie électromagnétique radiofréquence théorique et expérimentale et du débit d'absorption spécifique, paramètre de base dans ce domaine puisqu'il permet d'évaluer les effets biologiques de l'exposition aux champs électromagnétiques. Les moyens de déterminer expérimentalement le débit d'absorption spécifique dans un milieu exposé aux champs électromagnétiques sont présentés dans un cadre normatif, compatible avec les protocoles de mesure décrits dans les normes internationales.

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ABSTRACT

Radiofrequency dosimetry (SAR)

This paper discusses theoretical and experimental radiofrequency electromagnetic dosimetry and specific absorption rate, an important parameter in this field since it allows the evaluation of the biological effects of exposure to electromagnetic fields. The means to experimentally determine the specific absorption rate in a medium exposed to electromagnetic fields are presented in a normative framework, consistent with the measurement protocols described in international standards.

Auteur(s)

  • Djamel ALLAL : Ingénieur, docteur de l'université Lille I - Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE), Trappes, France

INTRODUCTION

Au cours des dernières décennies l'utilisation accrue des moyens de télécommunication comme les téléphones mobiles et autres réseaux sans fil, dans un cadre professionnel ou sur les lieux publics, a soulevé la question de l'exposition aux champs électromagnétiques et de leurs effets sur la santé.

La dosimétrie électromagnétique radiofréquence désigne l'ensemble des techniques de mesure et de modélisation qui permettent d'établir la relation entre la distribution de champ électromagnétique incident et les champs induits dans les tissus du corps humain et de calculer la puissance des rayonnements électromagnétiques absorbée.

Le débit d'absorption spécifique ou DAS, défini comme la puissance électromagnétique dissipée par unité de masse de tissu biologique, exprimé en watts par kilogramme, représente le paramètre dosimétrique de base, du fait de son utilisation dans les réglementations internationales sur la protection contre les champs électromagnétiques, et qu'il permet d'évaluer les effets biologiques observés dans différentes conditions d'exposition.

Alors qu'un téléphone mobile émet en général quelques watts, une station de base de téléphonie mobile peut émettre des puissances de l'ordre de la centaine de watts. Par contre, il est clair que les niveaux de puissance absorbés en champ proche par l'utilisateur d'un téléphone mobile seront plus importants que les niveaux d'exposition à proximité d'une station de base.

Afin de déterminer de manière rigoureuse les niveaux de DAS pour les différentes configurations possibles, des méthodes et techniques de dosimétrie ont été développées. Celles-ci peuvent être expérimentales, mais aussi théoriques et numériques.

La dosimétrie expérimentale consiste à mesurer le DAS directement dans un échantillon exposé aux champs électromagnétiques, de tissus biologiques ou quand ce n'est pas réalisable, dans un mannequin ou fantôme réalisé pour représenter, aussi fidèlement que possible, les propriétés morphologiques et électromagnétiques de tout ou partie du corps humain. Pour cela, des sondes de champ électrique ou des sondes thermiques peuvent être utilisées, car le DAS découle de la répartition du champ électromagnétique dans les tissus qui se traduit alors par un échauffement de ces tissus.

La dosimétrie théorique et numérique est la résolution directe des équations de Maxwell qui décrivent l'interaction entre le champ électromagnétique et le milieu biologique ou équivalent. Les progrès tant au niveau des codes de calcul que des moyens informatiques ont considérablement amélioré les performances de ce type d'analyse, ce qui permet de traiter des modèles de plus en plus complexes, précis et réalistes des milieux exposés avec rapidité et efficacité.

Cet article traite du DAS et des moyens, théoriques ou expérimentaux, qui peuvent être mis en œuvre pour son évaluation.

En première partie nous présentons le contexte normatif et sociétal, important pour ce domaine. En partant de travaux scientifiques réalisés depuis de nombreuses décennies, des recommandations sont établies quant aux niveaux limites d'exposition aux champs électromagnétiques pour assurer la protection contre les effets sur la santé. Ces recommandations conduisent à des réglementations au niveau des États sur les limites d'exposition tant dans le cadre professionnel que grand public. Des normes en support de ces réglementations sont produites sur les moyens de mesure à mettre en œuvre pour contrôler les niveaux d'exposition.

En seconde partie, nous rappelons les bases de l'électromagnétisme appliqué à la dosimétrie. Les équations de Maxwell sont présentées ainsi que l'interaction entre le champ électromagnétique et le milieu, compte tenu de ses propriétés diélectriques.

En troisième partie, nous mettons donc l'accent sur les milieux biologiques et les liquides équivalents. Nous donnons quelques exemples de formulations permettant d'obtenir des valeurs de permittivité équivalentes aux tissus biologiques et nous présentons des méthodes de mesure avec les incertitudes associées de la permittivité complexe. Ces méthodes s'appuient sur l'utilisation de liquides de référence dont la permittivité est connue.

Enfin, en quatrième partie, nous abordons la mesure du DAS et l'incertitude associée, qui nécessairement dépend en partie des mesures de permittivité. Nous présentons le système de mesure standard, utilisant des sondes de champ électrique pour obtenir la valeur du DAS et nous présentons différents types de fantômes destinés à recueillir le liquide équivalent tissu et permettre de simuler tout ou partie du corps humain soumis à l'exposition. La mesure du DAS représente finalement l'un des outils principaux qui permettent de valider la conformité des équipements aux réglementations sur l'exposition aux champs électromagnétiques.

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KEYWORDS

Standardization   |   Specific absorption rate   |   dielectric properties

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-r1138


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2. Bases de l’électromagnétisme

Pour une lecture approfondie, on pourra se reporter à l’article Bases de l’électromagnétisme [E 1 020].

La dosimétrie électromagnétique traduit l’effet induit par une distribution de champ électromagnétique à l’intérieur des tissus biologiques tels que le corps humain.

Le champ électrique est dû à la présence de charges alors que le champ magnétique est dû à la présence de charges qui sont en mouvement. Les équations de Maxwell sont l’outil qui unifie les phénomènes électriques et magnétiques. On emploie alors le terme d’« électromagnétisme ».

2.1 Champ électromagnétique

Les équations de Maxwell comprennent quatre équations qui permettent de calculer les expressions des champs électrique et magnétique à partir des sources de charges qui leur donnent naissance et que l’on peut représenter par leurs densités volumiques de charge ρ et de courant  :

( 1 )

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Bases de l’électromagnétisme
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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - DROSSOS (A.), SANTOMAA (V.), KUSTER (N.) -   The dependence of electromagnetic energy absorption upon human head tissue composition in the frequency range of 300-3000 MHz.  -  IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 48, N° 11, p. 1988-1995 (nov. 2000).

  • (2) - STUK, NOKIA -   Feasibility study of SAR measurements in the frequency range 3 GHz to 6 GHz.  -  Internal report (december 2006).

  • (3) - CHOU (C.K.), CHEN (G.W.), GUY (A.W.), LUK (K.H.) -   Formulas for preparing phantom muscle tissue at various radiofrequencies.  -  Bioelectromagnetics, Vol. 5, p. 435-441 (1984).

  • (4) - BLACKHAM (D.V.), POLLARD (R.D.) -   An improved technique for permittivity measurements using a coaxial probe.  -  IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 46, N° 5, p. 1093-1099 (oct. 1997).

  • (5) - TOROPAINEN (A.), VAINIKAINEN (P.), DROSSOS (A.) -   Method for accurate measurement of complex permittivity of tissue equivalent liquids.  -  Electronics Letters, Vol. 36, N° 1,...

1 Outils logiciels

Microwave Studio :

https://www.cst.com/Applications/Index/SAR-Simulation

FEKO :

https://www.feko.info/applications/biomedical

HAUT DE PAGE

2 Sites Internet

Portail radiofréquences – santé – environnement

http://www.radiofrequences.gouv.fr/

(page consultée le 3 juillet 2015)

HAUT DE PAGE

3 Normes et standards

Guide pour l’établissement de limites d’exposition aux champs électriques, magnétiques et électromagnétiques – Champs alternatifs (de fréquence variable dans...

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