RAPPORT D`EXPERTISE C

AXCEM SARL
Expertise indépendante
RAPPORT D’AUDIT C.E.M.E.
16PK/D/DEMAT_BOB_0407
Sujet
Mesure des champs électrique et
magnétique émis par des lignes électriques
enterrées.
Lieu de l’intervention ILOT J1 à Bobigny – 161-163 rue de Paris
A l’attention de
DEMATHIEU BARD
50 Avenue de la République
94550 Chevilly Larue
Interlocutrice Madame Léopoldine GUEGUEN
Téléphone – E-mail 06.18.11.16.67
[email protected]
Date des mesures
4 juillet 2016
Date du rapport
5 juillet 2016
Rapport rédigé par
KRINS Patrice
Ingénieur – Expert et formateur en C.E.M.
Téléphone 06.78.12.03.59 [email protected]
Copie transmise à
Françoise CUMET Axcem
Florimond KRINS Axcem
Nombre de pages
Annexes
9 celle-ci incluse
Aucune
Sommaire
1. Situation – Objectif
2. Grandeurs à mesurer – Valeurs prévisionnelles
2.1. Grandeurs à mesurer
a) Champ électrique
b) Champ magnétique
2.2. Valeurs prévisionnelles
3. Appareil de mesure
4. Réglementation
4.1. Sur le plan des appareils
4.2. Sur le plan biologique
5. Mesures
5.1. Côté rue de Paris
5.2. Côte canal de l’Ourcq
6. Conclusion
6.1. Côté rue de Paris
6.2. Côté canal de l’Ourcq
Commentaire
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1. Situation – Objectif
Il s’agit d’une opération mixte de logements, commerces et groupe scolaire située au
161/163 rue de Paris à Bobigny (Ilot J1).
Ce projet est soumis à étude d’impact et d’après les plans ERDF et le document du RTE il y
a des lignes électriques à haute tension qui longent le site de part et d’autre (Côté canal et
rue de Paris).
Ces lignes électriques sont enterrées à une profondeur comprise entre 60 cm et 1 mètre.
Plan de situation actuel
Poste RAFIOT
Canal
CEDEO
Lignes électriques HT enterrées.
Rue de Paris
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Les lignes électriques à basse et haute tension émettent du champ électrique et du champ
magnétique, généralement le champ électrique est arrêté par les armures et les écrans reliés
à la terre, par contre le champ magnétique est peu atténué et est donc potentiellement
présent au dessus des lignes.
L’objectif de cet audit est d’une part de quantifier par calcul l’amplitude de l’induction
magnétique sur base des données qu’ERDF voudra bien nous fournir, et, d’autre part, de
relever par des mesures l’amplitude de l’induction magnétique au niveau du projet.
2. Grandeurs à mesurer – Valeurs prévisionnelles
2.1. Grandeurs à mesurer
Théoriquement il faut mesurer le champ électrique et le champ magnétique. Comme la
fréquence des champs à mesurer se situe dans le domaine des basses fréquences nous
pouvons dissocier le champ électrique du champ magnétique (ce n’est pas le cas en hautes
fréquences).
a) Champ électrique
Le champ électrique (symbole E, exprimé en volt par mètre) est un champ de force qui
apparaît entre deux conducteurs lorsqu’ils sont soumis à une différence de potentiel (E =
V/d).
Un câble à haute tension est composé de 3 conducteurs soumis à des différences de
potentiel déphasées de 120° (système triphasé).
En France la distribution électrique à haute tension est gérée par ERDF, les tensions se
situent dans la gamme dite HTA (1 kV < U ≤ 50 kV) et la tension la plus utilisée est de 20 kV.
Le transport électrique à haute tension est géré par RTE, les tensions se situent dans la
gamme dite HTB (50 kV < U ≤ 400 kV), les câbles enterrés sont généralement des câbles 63
kV car pour les tensions supérieures on utilise plutôt des lignes aériennes. Ceci étant il
existe des câbles HTB jusqu’à 400 kV.
Tous les câbles à haute tension (U > 1000 V) sont dotés d’un écran métallique entourant les
conducteurs sous tension (écran autour de chaque conducteur ou écran autour des 3
conducteurs assemblés en trèfle). Cet écran métallique est obligatoirement relié à la terre
pour une question de sécurité électrique.
Cet écran métallique joue parfaitement le rôle de cage de Faraday en confinant le champ
électrique à l’intérieur de celui-ci, cela signifie qu’il n’y a pas de champ électrique à l’extérieur
du câble.
La présence de champ électrique autour d’un câble à haute tension est synonyme d’une
rupture de l’écran ou d’un défaut de connexion à la terre.
b) Champ ou induction magnétique
Selon la loi d’Ampère, tout conducteur parcouru par un courant émet un champ magnétique
(symbole H, exprimé en Ampère par mètre) tournant autour de celui-ci.
Le champ magnétique est proportionnel au courant et inversement proportionnel à la
distance (loi d’Ampère : H = I/2πD)
En pratique le champ magnétique est difficile à mesurer, aussi mesurons-nous l’induction
magnétique ou densité de flux magnétique (symbole B, unité le Tesla) que beaucoup
appelle, à tort, champ magnétique.
B et H sont reliés par la formule B = µ.H avec dans l’air µ = µ0 = 4π.10-7 H/m (µ est la
perméabilité magnétique).
L’énergie électrique, que ce soit en HTA ou en HTB, est transportée par 3 conducteurs en
régime dit triphasé.
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Cela signifie que le courant de chaque conducteur (ou phase) est déphasé de 120° par
rapport aux autres phases et par conséquent il en est de même pour l’induction magnétique
émise par chaque conducteur.
A distance d’un câble l’induction magnétique mesurable est égale à la somme des inductions
dues aux 3 conducteurs, cette somme est une somme de 3 vecteurs déphasés de 120° qui
est nulle si les 3 vecteurs sont égaux.
Pour que les 3 vecteurs soient égaux il faut que les courants soient égaux (c’est le cas pour
les câbles HT) et que les distances entre le point de mesure et chaque conducteur soient
identiques, ce qui est quasiment le cas si les 3 conducteurs sont assemblés en trèfle.
C’est la raison pour laquelle on considère généralement qu’un câble triphasé équilibré
n’émet quasiment pas d’induction magnétique.
Nous disons ‘’quasiment’’ car il y a toujours un espacement entre les conducteurs pour
assurer l’isolation, surtout en haute tension, et cet espacement permet l’apparition d’une
induction magnétique.
2.2. Valeurs prévisionnelles
Nous disposons des formules qui permettent de calculer l’induction magnétique autour d’un
câble.
M0
P1
Conducteurs parcourus
par le même courant I.
α
H
P2
L
d
d
Si nous considérons trois conducteurs parallèles de longueurs infinies parcourues par le
même courant, en régime triphasé, la valeur maximale du champ magnétique se trouve au
droit du conducteur central (M0).
Valeur de l’induction en M0
Pour des conducteurs de longueur infinie :
-7
Bmax = 2.10 .I.{[((h*-0,866)/(d²+h²))+((h*0,866)/(h²-d²))]² +[((d*-0,866)/(d²+h²))+((d*-0,866)/(h²-d²))]²}
1/2
Pour des conducteurs de longueur L, il faut multiplier Bmax par sinα
Avec B en tesla (B = µ0.H) H est le champ magnétique en A/m ; µ0 = 4.π.10-7 H/m
I en ampères
d et h en mètres
α en radian (tgα = (L/2)/h)
Exemples pour I = 500 A
Bmax en M0
H=1m
d = 20 cm
35,4 µT
d = 10 cm
17,4 µT
d = 5 cm
8,7 µT
H=2m
8,7 µT
4,3 µT
2,2 µT
H=5m
1,39 µT
0,69 µT
0,35 µT
H = 10 m
0,35 µT
0,17 µT
0,09 µT
Nous voyons ici que la décroissance de l’induction en fonction de la distance est rapide.
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Le diamètre extérieur d’un conducteur 20 kV de 240 mm² (500 à 600 A) tel que ceux qui sont
enterrés est d’environ 50 mm, si 3 conducteurs sont posés côte à côte, l’induction
magnétique sera celle calculée ci-dessus pour d = 5 cm.
En pratique nous devrions trouver des valeurs inférieures à celles calculées ci-dessus car
pour les câbles HTA les 3 conducteurs sont assemblés en trèfle.
Pour les câbles HTB, il est possible que les 3 conducteurs soient posés à plat.
3. Appareil de mesure
Dans le cas présent, s’agissant des réseaux électriques dont la fréquence est de 50 Hz,
nous avons utilisé un mesureur de champ isotrope (5 Hz à 400 kHz).
Mesureur de champs isotrope BF
Constructeur
Référence
Bande passante
Dynamique de mesure
Résolution
Précision
Incertitude de mesure
B (induction)
E (champ électrique)
B (induction)
E (champ électrique)
B et E
MASCHEK (D)
ESM-100
5 Hz – 400 kHz
1 nT – 20 mT
0,1 V/m – 100 kV/m
1 nT
100 mV/m
+/- 5%
+/- 15%
Remarque
Ne pas confondre erreur et incertitude, l’erreur est la différence entre la valeur vraie (et
connue) et la valeur mesurée. L’incertitude caractérise la dispersion, elle diffère de l’erreur
par la non connaissance de la valeur vraie.
En l’absence d’autres données, la précision donnée par le constructeur d’un appareil peut
être considérée comme une incertitude dans un intervalle de confiance de 95%.
L’incertitude combinée est évaluée en faisant la somme quadratique des incertitudes (racine
carrée de la somme des carrés de chaque incertitude).
4. Réglementation
4.1. Sur le plan des appareils
a) Appareils standards à usages industriels et domestiques
La directive européenne 2004/108/CEE sur la Compatibilité ElectroMagnétique (CEM)
prescrit par le biais des normes NF EN 61000-6-x des seuils d’immunité minimum vis à vis
du champ magnétique et par conséquent de l’induction magnétique mais uniquement à
50/60 Hz.
En environnement résidentiel (NF EN 61000-6-1) : 3 A/m soit 3,77µT (37,7 mG)
En environnement industriel (NF EN 61000-6-2) : 30 A/m soit 37,7 µT (377 mG)
Une norme fondamentale (EN 61000-4-10) traite des champs oscillatoires amortis entre 100
kHz et 1 MHz et propose un niveau maximum de 100 A/m (126 µT).
Cela signifie que les appareils doivent continuer à fonctionner correctement en dessous de
ces seuils, au delà ils peuvent dysfonctionner.
b) Implants chirurgicaux actifs
Il est nécessaire de prendre en considération ce type de matériels car, de par leur lieu
d’implantation, il est difficile de les ‘’blinder’’.
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Malgré une Directive Européenne des dispositifs médicaux implantables (90/385/CE), les
normes d’immunité dans ce contexte sont peu nombreuses et assez floues, ainsi les seuils
que l’on peut trouver sont :
EN 50061/A1 (nov.96) Sécurité des stimulateurs cardiaques implantés
Pour F < 150 kHz
immunité jusqu’à 1 mT (10 G)
Pour f > 150 kHz ? ⇒ Responsabilité du fabriquant
- essais sur courants induits de 20 Hz à 5 MHz
- essais sur interférences induites de 20 Hz à 30 MHz
EN 45502-1 (nov. 98) Dispositifs médicaux implantables actifs
§ 27 Protection des dispositifs contre les rayonnements EM non ionisants
 sous la responsabilité du fabricant ( ?)
 valeur conseillée : 150 A/m (0,188 mT/1880 mG) jusqu’à 100 kHz puis
diminution (loi de décroissance non précisée) jusqu’à 30 MHz.
Remarque : Médecine du travail
Un guide (INRS ED785 – 2001) à l’usage des médecins du travail a été édité par l’INRS, il
mentionne :
Porteurs d’implants passifs : aucune contre-indication (matériaux amagnétiques).
Porteurs d’implants actifs : risque de perturbation improbable pour B < 120 µT.
4.2. Sur le plan biologique (humain)
a) Exposition du public
Pour l’exposition du public, en France les normes NFC18-600 et C18-610 (nov.1995)
donnent les seuils à respecter respectivement entre 0 et 10 kHz et entre 10 kHz et 300 GHz,
ces normes sont les recopies des prénormes européennes ENV 50166 (1995) qui n'ont pas
été approuvées par la CE.
Par contre, en juillet 1999, le Conseil de l'Union européenne a émis une recommandation
(1999/519/CE) qui propose les niveaux d'exposition de référence aux champs
électromagnétiques de 0 à 300 GHz.
Cette recommandation a été écrite dans le cadre de l'application du principe de précaution,
elle a fait l’objet d’un décret d’application en France (2002).
b) Exposition des travailleurs
Pour l’exposition des travailleurs, une Directive Européenne a été publiée et adoptée par
l’U.E. (2013/35/CE du 26/06/13), elle donne des valeurs limites d’exposition et des valeurs
déclenchant l’action de 0 à 300 GHz.
Ces valeurs sont plus élevées que celles admises pour le public en raison du taux
d’exposition limité à 8 heures par jour.
Les valeurs déclenchant l’action sont :
⇒ Pour la Recommandation 1999/519/CE
Induction magnétique 50 Hz :
100 µT
⇒ Pour la Directive 2013/35/CE
Induction magnétique 50 Hz :
500 µT (25/F avec F en kHz).
Pour les fréquences inférieures à 100 kHz, les valeurs déclenchant l’action sont issues de la
densité de courant induit (100 mA/m² à 10 kHz).
NB : Pour les fréquences supérieures à 100 kHz, les valeurs déclenchant l’action sont issues
à la fois de la densité de courant induit (8170 mA/m² à 817 kHz) et du débit d’absorption
spécifique (DAS) localisé (tête et tronc 10 W/kg ; membres 20 W/kg).
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5. Mesures
5.1. Côté rue de Paris
D’après les plans d’ERDF il y a 2 câbles HTA enterrés (3 x 240 mm² / 3 x 150 mm²) qui sont
situés à 3 - 4 m environ de la bordure du trottoir, ils sont donc sous le trottoir. Il y a aussi des
câbles BT enterrés sous le trottoir.
5à6m
Zone des câbles HTA
enterrés.
Mesures
Hauteur des mesures : 1 mètre.
Zones
Trottoir devant CEDEO
Parking CEDEO
B < 0,1 µT
E < 10 V/m
B < 0,1 µT
E < 10 V/m
Nous n’avons pas détecté de
variations significatives de
l’induction magnétique
permettant de localiser les
câbles.
5.2. Côté canal de l’Ourcq
D’après les plans ERDF il y a un câble HTA (3 x 240 mm²) ainsi que 2 à 4 câbles BT qui
devraient se trouver enterrés entre les arbres et la palissade. Les câbles BT sont à 60 cm du
câble HTA.
D’après RTE il y aurait un câble HTB le long du canal mais nous n’avons pas de détails à ce
sujet.
Bâtiment CEDEO
Nous avons détecté une
variation suffisante de
l’induction magnétique pour
pouvoir localiser les câbles.
Zone du câble HTA enterré
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Mesures
Hauteur des mesures : 1 mètre.
Zone entre palissade et canal
Mesures
Induction magnétique
A
B : 0,25 µT max.
B
B : 0,45 µT max.
C
B : 0,20 µT max.
D
B : 0,10 µT max.
A
B
Champ électrique
Partout inférieur à 10 V/m.
C
D
1m
Palissade
Zone des câbles HT.
Canal
Zone entre palissade et bâtiment CEDEO
Palissade
B : 0,25 µT max.
B : 0,12 µT max.
Remarque
Entre la palissade et le bâtiment avec mur béton nous avons mesuré une induction
magnétique plus élevée (jusqu’à 1 µT) en raison des câbles BT enterrés entre le poste
RAFIOT et ce bâtiment.
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6. Conclusion
6.1. Côté rue de Paris
Toutes les mesures d’induction magnétique donnent des valeurs très largement en dessous
du seuil réglementaire le plus bas de 100 µT s’appliquant au public.
Ces mesures n’ont pas permis de localiser les câbles HTA néanmoins ces valeurs sont
plausibles pour des câbles HTA dont les conducteurs sont assemblés en trèfle.
Ceci étant il serait utile de savoir quel était le taux de charge des câbles HTA cheminant
dans cette zone pendant nos mesures.
En ce qui concerne le champ électrique, les valeurs mesurées sont réalistes sachant que
même très peu chargés les câbles sont sous tension.
6.2. Côté canal de l’Ourcq
Les mesures d’induction magnétique ont permis de localiser les câbles enterrés sans que
nous puissions déterminer s’il s’agit du câble HTA ou des câbles BT.
Les valeurs mesurées sont très largement en dessous du seuil réglementaire le plus bas de
100 µT s’appliquant au public.
En ce qui concerne le champ électrique, les valeurs mesurées sont réalistes sachant que
même très peu chargés les câbles sont sous tension.
Commentaire
Au vu
− De l’emplacement des câbles HTA donnés par ERDF,
− De la disposition du projet ILOT J1 (bordure des futurs bâtiments situés côté rue de
Paris à 4-5 m de la clôture actuelle de CEDEO et côté canal au même endroit que le
bâtiment actuel),
− Des mesures que nous avons effectuées,
− Des estimations d’induction magnétique calculées sur base de conducteurs HTA
posés côte à côte.
Si nous prenons en compte la charge maximale des câbles présents, en bordure du projet,
tant du côté canal que du côté rue de Paris, l’induction magnétique ne dépassera pas 1 µT.
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