Caractérisation numérique et expérimentale du champ magnétique

Caract´erisation num´erique et exp´erimentale du champ
magn´etique B.F. g´en´er´e par des syst`emes
´electrotechniques en vue de la mod´elisation des courants
induits dans le corps humain
Riccardo Scorretti
To cite this version:
Riccardo Scorretti. Caract´erisation num´erique et exp´erimentale du champ magn´etique B.F.
g´en´er´e par des syst`emes ´electrotechniques en vue de la mod´elisation des courants induits dans
le corps humain. Autre. Ecole Centrale de Lyon, 2003. Fran¸cais. <tel-00140131>
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N◦d’ordre : E.C.L. 2003-38 année 2003
THESE
présentée devant
L’ECOLE CENTRALE de LYON
par
Riccardo Scorretti
Caractérisation numérique et
expérimentale du champ magnétique
B.F. généré par des systèmes
électrotechniques en vue de la
modélisation des courants induits
dans le corps humain
soutenue le 11 décembre 2003
devant la commission d’examen :
MM.
J.-L. Coulomb Professeur - LEG Rapporteur
A. Kost Professeur - BTU Rapporteur
J.-P. Masson Professeur - CEGELY Examinateur
M. Nadi Professeur - LIEN Président
I. Magne Ingénieur - EDF DER Examinateur
N. Burais Maître de conférence - CEGELY Examinateur
Thèse préparée au sein de l’Ecole Doctorale Electronique, Electrotechnique,
Automatique de Lyon pour obtenir le grade de docteur (Arrêté du 30/03/1992),
spécialité : Génie Electrique.

à Edith Dahan, et sa famille
La liste des personnes qui m’ont été proches, et qui
d’une manière ou d’une autre m’ont aidé tout le long de
ma thèse, est beaucoup trop longue pour que je la reporte
ici. Cependant, il y a certaines personnes que je tiens ab-
solument à mentionner : il s’agit de Mme Edith Dahan et
de sa famille.
Lorsque je suis arrivé en France en novembre 2000, je
me trouvais dans une bien triste situation, tant sur le plan
financier que du point de vue personnel. C’est à ce mo-
ment qu’Edith m’a accueilli dans sa propre famille. Elle a
été pour moi une seconde mère. Elle m’a logé, nourri et
écouté lorsque j’avais besoin de me confier.
Sans elle, je ne sais pas si j’aurais été capable de porter
à terme cette thèse.
Riccardo Scorretti

Thinking is the hardest work there is,
which is probably the reason why so few
engage in it.
Henry Ford

Table des matières
Introduction générale 1
1 Champs et santé : entre inquiétudes et questions ouvertes 3
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Interactions entre les champs électromagnétiques et les systèmes
vivants................................. 4
1.2.1 Applications médicales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.2 Études épidémiologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.3 Études de nature biologique . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.4 Conclusion .......................... 8
1.3 Le contexte normatif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.1 Un peu d’histoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.2 Le standard IEEE C95.1-1999 . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.3 Les recommandations ICNIRP du 1998 . . . . . . . . . . 11
1.3.4 Les enjeux pour l’industrie électrique . . . . . . . . . . . . 16
1.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2 Modélisation des champs de fuite par voie numérique 21
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2 Étude préliminaire des champs de fuite . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.1 Décroissance en fonction de la distance . . . . . . . . . . . 25
2.2.2 Influence de l’épaisseur des entrefers . . . . . . . . . . . . 29
2.2.3 Influence de la perméabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2.4 Modélisation 2D ou 3D ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.3 Vers une modélisation simplifiée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3.1 Représentations du champ réduit . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3.2 Première modélisation à travers les charges fictives . . . . 43
2.4 Modèle des réluctances généralisé (MRG) . . . . . . . . . . . . . 46
2.4.1 Modélisation des fuites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.4.2 L’équation du flux à travers les sections . . . . . . . . . . 48
2.4.3 Formulation matricielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.4.4 Implémentation numérique . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.5 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.5.1 Le système rayonnant avec entrefer . . . . . . . . . . . . . 52
2.5.2 Le transformateur cuirassé (B) . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.5.3 Influence du nombre de sections NS............ 57
2.6 Prise en compte explicite du théorème d’Ampère . . . . . . . . . 59
2.6.1 Application au système avec entrefer . . . . . . . . . . . . 62
2.6.2 Application au transformateur cuirassé (B) . . . . . . . . 63
2.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
i