Champ magnétique
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Sources des champs électriques et magnétiques et des radiofréquences di f é Isabelle Magne EDF R&D Rencontres Nucléaire, Rayonnements et Santé 2 février 2011 Sommaire Un peu de physique Champ électrique et champ magnétique 50 Hz Sources de champ Mesure de champ Champ électromagnétique radiofréquence Sources de champ Mesure de champ Emission et exposition 4 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Un p peu de physique... p y q 5 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Le spectre p électromagnétique g q Champ élémentaire de forme sinusoïdale La fréquence f en Hertz (Hz) c 8 c 3 . 10 m/s La longueur d’onde en m f L’amplitude du champ: valeur crête ou valeur efficace (rms) f=50Hz : =6000km 0 0,01 0,02 Temps (s) 0,03 Classification des champs selon la fréquence du continu (f=0Hz) vers les hautes fréquences 6 - Document name - Chapter - 00 Mois 2009 0,04 c est la vitesse de la lumière Le spectre p électromagnétique g q Fréquence (Hz) 50 Hz 10 5 10 10 10 14 10 20 Champ statique Rayons X lumière visible i ibl rayonnements non ionisants 7 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 rayonnements ionisants 10 22 Le champ p électrique q E Généré par des tensions Symbole: E Champ de pesanteur Champ électrique Unité SI: Volt/mètre (V/m) Il exerce une force f (F) sur une charge électrique (q) Masse des corps 8 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Charges électriques Le champ p magnétique g q H généré par des courants (I) symbole : H unité SI : l'Ampère/ mètre (A/m) Il exerce une force (F) sur une charge électrique (q) en déplacement (vitesse v) Champ magnétique g q Charges électriques Champ = Force Caractéristique q physique p y q de la matière 9 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 L’induction magnétique g q B L’induction magnétique est liée à H B µH µ µr .µ0 µ est la perméabilité magnétique. Elle dépend du milieu -> B dépend du milieu Forte perméabilité Acier µr=2000 F ibl perméabilité Faible é bilité Air Ai µr=1 1 10 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Unité SI le Tesla (T) Unité anglo-saxonne: Gauss (G) 1T=10 000 G 1µT=10 mG Dans l’air l air 1 A/m = 1,256 µT 1 µT = 0,8 A/m Relations fondamentales générales g Les équations de Maxwell Maxwell-Faraday B rot E t .div E Maxwell-Gauss Maxwell-Ampère E J rot H . t div B 0 Conservation du flux Formulation des lois de l'électromagnétisme : 1873 11 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 La loi d’Ampère p Loi de Biot et Savart I.dl rr H 3 r Loi d’Ampère Source linéaire parcourue par un courant I : le champ magnétique H généré par une telle source s'écrit H I 2 .r 12 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Courant i Distance Champ électrique, champ magnétique à 50 Hz B rot E t E rot H . J t .div E div B 0 en basse fé fréquence CHAMP ÉLECTRIQUE 13 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 rotE 0 .divE rotH J divB0 CHAMP MAGNÉTIQUE Champ électromagnétique RF B rot E t E rot H . J t .div di E div B 0 Champ proche réactif: Jusqu’à une distance telle que : r< en RF Champ électromagnétique: -Les champs électriques et magnétiques éti sontt couplés lé -En condition de champ lointain, le rapport pp champ p électrique / champ magnétique est constant la connaissance de E suffit 14 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 B rot E t E rot H . J t .div E div B 0 Champ lointain: À partir d’une distance r de la source telle que 2 D² r D = plus grande dimension de la source = longueur d’onde Message g clef n°1 L'électromagnétisme est une science Les champs électromagnétiques se calculent, se mesurent 15 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Les différentes sources de champ électrique et magnétique éti 50 H Hz 16 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Les champs naturels 50 µT 100 V/m France E 15 000 V/m 100 kA 30 µT à 500 m 17 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Les sources de champ p électrique q 50 Hz Source de champ électrique = différence de potentiel Tout conducteur nu sous tension Fort champ = haute tension En pratique, seul le réseau électrique de transport génère des champs électriques non négligeables g g 18 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Les sources de champ p magnétique g q 50 Hz Fil rectiligne parcouru par un courant I I B Cte I d exemple : réseau SNCF Conducteurs avec courants équilibrés I1 , I 2 , I 3 avec Ii 0 exemple : réseau électrique B Cte I d2 Source ponctuelle B Cte d3 19 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 exemple: l appareils l électriques él domestiques et professionnels Pas de corrélation avec la consommation de l'appareil Ordres de grandeur : lignes aériennes CHAMP ÉLECTRIQUE Max 100 m E CHAMP MAGNÉTIQUE M Max V/m 100 m sous la ligne 400 kV 50 5000 30 1.0 225 kV 90 kV 30 3000 20 0.3 10 1000 10 01 0.1 20 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 B µT Ordres de g grandeur: lignes g souterraines Champ électrique = 0 V/m Effet d ’écran 10 m 5m 1,40 , m 21 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 H (µT) Champ magnétique Ch éti B max ~ 10 µT 5m 10 m Principaux paramètres d’influence de B sous une ligne li électrique él t i (d’après (d’ è UTE C 99-132) 99 132) Paramètres fixes Dimensions géométriques de l’ouvrage Tracé de l’ouvrage (rectiligne/angles) Environnement géographique (dénivelé) Pé Présence d’ d’autres t sources d de champ h ((ex plusieurs l i lilignes)) 22 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Principaux paramètres d’influence de B sous une ligne li électrique él t i (d’après (d’ è UTE C 99-132) 99 132) Paramètres variables transit de la ligne (courant), qui peut être lié à la fonction de la ligne dans le réseau Hauteur des conducteurs (dépend du courant et de la température des conducteurs) Distance du point de mesure par rapport à la ligne Evolution du transit sur 24H 1300,00 1200,00 1100,00 1000,00 I(A) 900,00 800,00 21-mars-07 700,00 21-juin-07 600,00 21-sept-07 500,00 21-déc-07 400,00 300,00 , 200,00 100,00 Heures 23 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 2 2h10 2 0h10 1 8h10 1 6h10 1 4h10 1 2h10 1 0h10 8h10 6h10 4h10 2h10 0h10 0,00 Ordres de grandeur : champs 50 Hz 1000 Appareils domestiques 104 100 Réseau HTB 103 Réseau HTB 10 Appareils domestiques 10² 1 Réseau HTA Réseau HTA 10 0.1 1 0.01 0.1 1 10 100 1000 Distance à la source Ch Champs él électriques ti 24 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 0.1 1 10 100 1000 Distance à la source Champs magnétiques Exemples de mesures de champ – environnement i t résidentiel é id ti l Installations domestiques Champ magnétique (µT) Distance 3 cm 30 cm 1m Télévision 30 2 0,1 Batteur électrique 50 1 0,05 Perceuse électrique 800 3 01 0,1 Rasoir électrique 1000 6 0,2 Couverture chauffante électrique 10 à 20 3,6 Micro ordinateur 2 Four à micro ondes 1,60 Lave vaisselle 08 0,8 S Source: Champs Ch él électromagnétiques, t éti environnement, i t santé, té ed dS Springer i 25 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Message g clef n°2 Les sources de champ électromagnétique = la civilisation électromagnétique Tout le monde est exposé à des ondes électromagnétiques, couvrant l'ensemble l ensemble du spectre des fréquences 26 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Mesure de champ électrique et magnétique 50 Hz 27 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Caractéristiques des champs électriques et magnétiques éti 50 H Hz Champs électriques Mesure délicate mais facile à interpréter Facilement arrêté par presque tous les obstacles (bâtiments, arbres, ...) Effet de pointe Champs magnétiques Mesure facile mais difficile à interpréter Connaitre le courant au moment de la mesure Le champ mesuré est le champ total émis par toutes les sources Difficile à arrêter (blindages magnétiques ou conducteurs) Autres solutions: Éloignement Action sur les sources de champ Systèmes de compensation 28 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Capteur de champ B: exemples l de d capteurs t inductifs i d tif 29 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Influence de la taille de la sonde Exemple: mesure au contact d’un conducteur de rayon 2cm, I 100A I=100A Résultats différents Une sonde de grande taille est peu adaptée à la mesure des champs fortement non uniformes Une sonde de grande taille donnera de meilleurs résultats pour une mesure de champ ambiant 30 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Capteur p de champ p E: exemples p 31 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Précaution écaut o de mesure esu e e en c champ a pE Risque : perturbation locale du champ par les objets conducteurs (opérateur, …) Mauvaise position Distance entre opérateur et sonde >2 m Déporter le capteur de 50 cm par rapport au trépied 32 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Comment faire faire des mesures? document UTE-C UTE C 99-132 99 132 (décembre 2010): Protocole pour la mesure in situ des champs magnétiques 50 Hz générés par les ouvrages de transport d’électricité service de mesure de champ magnétique 50 Hz proposé par RTE aux maires des communes situées à proximité des lignes HT et THT http://www.rte-france.com/uploads/media/pdf_zip/cem/Mesure_CEM_HT-THT.pdf 33 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Les différentes sources de champ él t électromagnétique éti RF 34 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Grandeurs caractéristiques q Fréquence f (Hz) Champ électrique E (V/m) Débit d’absorption p spécifique p q ((DAS)) en W/kg g Défini pour le corps entier ou localement Puissance absorbée par unité de masse de tissu Pour une source seule en espace libre Champ lointain Champ proche Pour une source dans le monde réel Sources multiples p Réflexions Niveau de champ lié au traffic 35 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Applications pp de communication sans fil Ex par fréquence Source: Champs électromagnétiques, environnement, santé ed Springer 36 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Radiodiffusion FM et télévision UHF (470-860 (470 860 MHz) télévision analogique en cours de remplacement par TNT Une centaine d’émetteurs sur des sites de grande hauteur (> 100m) et de forte puissance (jusqu’à 25 kW par canal en analogique et 10 kW par canal en numérique) + des émetteurs de moins de 10 W Radio FM – émetteur de puissance jusqu’à jusqu à 10 kW E mesuré au niveau du sol de l’ordre du V/m Émetteur TV Tour Eiffel puissance nominale d’émission d émission 125 kW 37 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Quelques Q q ordres de grandeur g Puissance nominale d’une d une antenne de téléphonie mobile: de 10 à 50 W Un téléphone GSM émet 2 W en puissance nominale et 0,2 W en moyenne Fréquence 915 MHz (SFR (SFR, Orange) et 1800 MHz (Bouygues) L’émission d’un téléphone est localisée Four à micro-onde Fréquence 2450 MHz Puissance 700 à 1000 W (dans le four) 38 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Ordre de g grandeurs: antennes GSM Puissance nominale d’émission d émission 40 W Antenne directrice Vue de dessus Lobe d’émission principal Lobe d’é i i d’émission secondaire 39 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Ordre de g grandeurs: antennes GSM Puissance nominale d’émission d émission 40 W Antenne directrice Vue en coupe p 40 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Antenne GSM sur toit terrasse Rapport à la norme d d’exposition exposition du public 41 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Antennes GSM sur toit terrasse Précautions pour l’accès l accès à la terrasse Balisage par chaînette jaune ett noire i (limites (li it public) bli ) 42 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Signalétique Autres types yp d’antennes Faisceaux hertziens Puissance émission faible (quelques W) Antenne très directionnelle Ex de consigne de sécurité = ne pas passer devant l’antenne l antenne Antennes de type Trunk / Syracuse Puissance emission 15W Antenne omnidirectionnelle Ex de consigne de sécurité = intervention sur antenne coupée Sites multi-occupants p Le gestionnaire de site établit un plan de prévention qui permet de cadrer les interventions 43 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Mesure de champ p électromagnétique g q RF 44 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Exemples p de capteurs p de champ p RF 45 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Comment faire faire des mesures de champ p RF Protocole ANFR Mesure in situ Exposition du public aux stations de base Laboratoires accrédités COFRAC Exemples de mesures sur le site Cartoradio Collecte de données Pas de recherche de représentativité p de l’exposition p de la p population p 46 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Exemple p Mesures réalisées à cette adresse 47 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Exemple p Description du site de mesure 48 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Exemple p ........................................... Cas particulier lié sans doute à l’émetteur de la Tour Eiffel 49 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Emission et exposition p 50 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Exemple p d’exposition p au champ p magnétique g q 50 Hz Agent EDF travaillant à Paris 7 Champ magnétique maximal Event 18 19 1 Event 1 20 2 Event 1 17 Event 8 7 14 13 12 11 9 0 Event 1 16 15 1 Event 6 Event 5 4 4 2 Event 3 5 Event 1 Magnetic Field (uT) M 6 Bmax=6,39µT 3 Champ magnétique moyen sur une semaine Bmoyen=0 04µT Bmoyen=0,04µT 2 1 0 Fri 08 Sat 09 Sun 10 Mon 11 Tue 12 W ed 13 Thu 14 Time Feb/07/2002 02:25:04 PM 51 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Feb/14/2002 05:47:34 A M RER, métro… Exemple p d’exposition p au champ p magnétique g q 50 Hz Agent EDF travaillant sur le site des Renardières (77) 0.5 Event 5 0.3 Event 2 Event 3 4 Event 1 Magnetic Field (uT) M 0.4 0.2 0.1 00 0.0 Wed 05 Fri 07 Sun 09 Champ magnétique maximal Bmax=22,24µT Bmax 22,24µT Champ magnétique moyen sur une semaine B Bmoyen=0,13µT 0 13 T Time Mar/03/2003 04:32:23 PM 52 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Mar/10/2003 11:22:23 AM Lignes Basse T i Tension Exposition aux champs 50 Hz: les points à retenir t i Champ électrique Exposition uniquement liée aux réseaux électrique Champ magnétique Sources multiples et cachées Emission exposition Exposition négligeable à l’intérieur d’un bâtiment Exposition significative seulement en espace dégagé 53 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Bruit de fond de l’exposition lié aux sources de grandes dimensions Sources d’exposition pas seulement liées au domicile Message g clef n°3 Emission des sources exposition des personnes Le champ électromagnétique émis par une source ne correspond pas à l’exposition l exposition d d’une une personne au champ électromagnétique (durée, mouvement...) 54 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011 Merci de votre attention ! 55 - I. Magne - Rencontres Nucléaire, Rayonnement et Santé - 2 février 2011
