lle minimum à connaître en mat i è red

LE MINIMUM A CONNAITRE EN MATIÈRE D’ENVIRONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE
L
LE MINIMUM À CONNAÎTRE EN MATIÈRE
D’ENVIRONNEMENT ÉLECTROMAGNÉTIQUE
1• Le spectre électromagnétique.
• Il est divisé en deux parties principales (Tableau 1) :
1. Les radiations ionisantes dont l’énergie est suffisante pour
arracher des électrons à la matière : rayons X, rayons gamma...
2. Les radiations non ionisantes dont l’énergie est plus faible et
dont font partie les radiofréquences (Fréquence de 30 KHz à 300 GHz) et
les extrêm em ent basses fré quences (Fréquence de 0,1 à 300 Hz)
générées en particulier par le courant électrique (50 Hertz en Europe).
• Une onde électromagnétique est caractérisée par sa fréquence
(F) en Hertz et sa longueur d’onde (l). Plus la fréquence est élevée, plus la
longueur d’onde est petite.
• L’onde électromagnétique est formée de l’association d’un
champ électrique et d’un champ magnétique perpendiculaires entre eux et
avec la direction de propagation.
• Pour les extrêmement basses fréquences, la longueur d’onde
est très grande (6.000 km). C’est pourquoi on considère, pour les effets
sur les êtres vivants, que le champ électrique et le champ magnétique
peuvent agir de façon séparée. Dans le cas des hyperfréquences ou microondes, dont la fréquence est élevée (300 MHz à 300 GHz), la longueur
d’onde est petite (quelques centimètres ou millimètres) et, dans ce cas, le
cha mp éle ctriq ue et le ch amp ma gnétique co nstitua nt l’onde
électromagnétique peuvent être considérés comme agissant ensemble.
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GUIDE PRATIQUE EUROPEENDES POLLUTIONS ELECTROMAGNETIQUES DE L’ENVIRONNEMENT
Nature des radi ations
Fréquence
Longueur d'onde
Exemples
Supérieure à
Inférieure à
3.106 GHz
0,1 µ
3.106 GHz à
0,1 µ à
750.103 GHz
0,4 µ
750.103 GHz à
0,4 µ à
400.103 GHz
0,8 µ
400.103 GHz à
0,8 µ à
Détection
300 GHz
1.000 µ
sécurité
LE MINIMUM A CONNAITRE EN MATIÈRE D’ENVIRONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE
2 • Unités et propriétés des champs
électromagnétiques alternatifs.
1. Ionisantes.
*Rayons X, rayon gamma,
rayons cosmiques, ...
2-1•Le champ électrique.
Il s’exprime en Volts par mètre (V/m) ou en unités plus grandes :
kilovolts par mètre (KV/m) ou plus petites millivolts par mètre (mV/m).
2. Non ionisantes.
* Ultra violet.
* Lumière vi sible.
* Infra rouge.
Stérilisation
La valeur du champ électrique est fonction du voltage de la source
électrique considérée ; plus le voltage est élevé, plus le champ électrique
créé dans l’environnement est fort.
* Radio fréque nces.
- Hyperfréquences
micro-ondes) :
EHF.
SHF.
UHF.
Télévision(ou
radars
Téléphones
mobiles…
300 GHz à 30 GHz à
30 GHz à 3 GHz
3 GHz à 300 MHz
.........................
1 mm à 1 m
.........................
- Ondes ult ra courtes (VHF).
300 MHz à 30 MHz
1 m à10 m
- Ondes courtes (HF).
30 MHz à 3 MHz
10 m à 100 m
Ondes
- Ondes moyennes (MF).
3 MHz à 0,3 MHz
100 m à 1 km
radio
- Grandes ondes (LF).
300 KHz à 30 KHz
1 km à 10 km
300 Hz à 30 K Hz
10 km à
Exemples :
• Sous une ligne électrique de 400.000 Volts, un champ électrique
de 5 à 8 KV/m est mesuré. La valeur du champ électrique est fonction de
différents paramètres dont la hauteur des conducteurs, les obstacles
rencontrés (rideau d’arbres, talus, ...).
• Les appareils électriques domestiques créent à 30 centimètres
un champ électrique de 20 à 100 Volts par mètre.
• Au contact d’une couverture chauffante électrique, le champ
électrique peut atteindre 2 KV/m.
2-2•Le champ magnétique.
* Très basses fréquences
(VLF).
Ecrans vidéo
Il s’exprime en Tesla (T), en Gauss (G), en Ampères par mètre
(A/m) ou en unités plus petites [milliGauss (mG), microTesla (µT),...].
1.000 km
* Extrêmement basses
fréquences (ELF).
Inférieure à 300 Hz
Supérieure
Courant
à 1.000 km
Electrique 50
Hertz
La valeur du champ magnétique est fonction de l’intensité (en
Ampères) du c ourant électrique circula nt dans un c onducteur. Plus
l’ampérage est fort, plus le champ magnétique est important.
Exemples :
TABLEAU 1 : Le spectre électr omagnétique.
Noter : Lorsque la fréquence augmente, la longueur d’onde diminue et inversement.
18
• Sous une ligne électrique de 400.000 Volts où circule un courant
de 2.000 Ampères avec une hauteur des conducteurs de 12 mètres, on
mesure plus de 20 microTesla (200 milliGauss) sous les conducteurs.
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GUIDE PRATIQUE EUROPEENDES POLLUTIONS ELECTROMAGNETIQUES DE L’ENVIRONNEMENT
• Certains appareils électriques domestiques peuvent créer dans
leur environnement des champs magnétiques élevés : 2 à 10 microTesla
1
(20 à 100 mG) à 30 centimètres d’un rasoir électrique .
• Au contact d’une couverture chauffante, le champ magnétique
peut atteindre 10 µT (100 mG).
Le champ électrique est facilement arrêté par les matériaux
classiques de construction (briques, béton, ...), contrairement au champ
magnétique, ce qui nécessite, pour ce dernier, de faire appel à des
matériaux ferromagnétiques tels que le mu métal (alliage de nickel, fer,
molybdène, carbone et cobalt), le fer doux ou l’aluminium pour réduire sa
valeur.
LE MINIMUM A CONNAITRE EN MATIÈRE D’ENVIRONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE
2-4•Le taux d’absorption spécifique (TAS).
Il représente la vitesse de transfert de l’énergie électromagnétique
dans la matière et s’exprime en Watts par kg (W/kg) ou en milliWatts par
gramme (mW/g). Un TAS élevé est responsable de l’élévation de la
température dans le matériel exposé.
Comme pour la densité de puissance, la notion de TAS est utile
pour les radiofréquences et les très basses fréquences (VLF) dès la
fréquence de 10 KHz (10.000 Hz), mais n’est pas à considérer dans le cas
des extrêmement basses fréquences.
2-5• Données pratiques sur les ELF (adaptées
de M.G. Morgan ).
2
Les champs électromagnétiques diminuent avec l’éloignement de
la source émettrice. Plus l’impact physique de la source est grand (lignes
électriques de très haute tension), plus les champs électriques et
magnétiques se font sentir loin dans l’environnement (plusieurs dizaines,
voire centaines de mètres). Si la source physique est petite (appareils
électroménagers), la diminution des champs électromagnétiques se fera
rapidement et moins de 2 mètres sont suffisants dans la majorité des cas
pour être au delà des nuisances électromagnétiques.
2-3•La densité de puissance.
Elle s’exprime en Watts par mètre carré (W/m2 ) ou en unités plus
petites milliWatts par mètre carré (mW/m2 ), microWatts par mètre carré
(µW/m2)ou par centimètre carré (µW/cm2 ).
Elle
représ ente
l’é nergie
transportée
pa r
l’onde
électromagnétique. C’est une donnée qui caractérise les radio fréquences
dès 10 MHz (ondes courtes) et jusqu’aux hyperfréquences.
2-5-1•Notions de base.
• Certains objets sont porteurs de charges électriques.
• La quantité de charges sur un objet détermine son voltage.
• Il y a des m atérie ls appelés conducteurs ; les charges
électriques peuvent y circuler.
• Un courant est un ensemble de charges électriques circulant
dans la même direction.
• Les charges électriques créent des champs électriques.
• Les voltages élevés produisent des champs électriques plus
forts (car il y a plus de charges électriques).
• Les champs électriques exercent des forces sur les charges
électriques.
• Les courants électriques créent des champs magnétiques.
1 R. Santini. Notre santé face aux champs électriques et magnétiques. Des faits
scientifiques aux conseils pratiques. Editions Sully.1995.157 pages.
20
2 M.G. Morgan et coll. Lay understanding og low-frequency electric and magnetic fields.
Bioelectromagnetics.1990.11:313-335.
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LE MINIMUM A CONNAITRE EN MATIÈRE D’ENVIRONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE
• De forts courants élec triques créent de forts cha mps
magnétiques.
Si le courant électrique est continu (DC), il se forme un champ
magnétique statique,
• Les champs magnétiques exercent des forces sur les courants
ou les charges électriques en mouvement.
Si le courant est alternatif (AC), il se forme un champ magnétique
variable dans le temps.
• La force des champs électriques et magnétiques diminue avec
la distance par rapport à la source qui les fabrique.
• Les champs électriques et magnétiques créés par des structures
physiques importantes (lignes électriques de transport à haute et très
haute tension) diminuent plus lentement avec la distance que les champs
créés par des structures plus compactes (radioréveils, ordinateurs, ...).
2-5-2•Notions plus élaborées.
3•Champs électrique et magnétique statiques
Ils se caractérisent par leur intensité qui ne varie pas dans le
temps. C’est pourquoi ils ont une fréquence nulle et une longueur d’onde
infinie.
3-1•Champ électrique statique.
Il peut être d’origine naturelle.
• Le champ électrique peut être arrêté par des écrans simples
(cloisons, haie d’arbres, toiture, ...).
• Le champ magnétique ne peut pas être arrêté facilement (écrans
plus compliqués nécessaires, exemple : le mu métal, ...).
• Classement du plus petit au plus grand de la force du champ
électrique : appareils domestiques à 1 mètre de distance < proximité
lignes de distribution < appareils domestiques à quelques centimètres <
proximité des lignes de transmission.
• Classement du plus petit au plus grand de la force du champ
magnétique : appareils domestiques à 1 mètre de distance < proximité
lignes de distribution < proximité des lignes de transmission appareils
domestiques à quelques centimètres.
• Les champs électriques et magnétiques créent dans le corps
des courants électriques induits.
• Il y a présence d’un champ magnétique lorsqu’un courant
électrique circule :
22
Exemple :
• Le champ électrique terrestre qui résulte de la présence de
charges électriques négatives au contact de la terre et de charges
positives en altitude. Sa valeur moyenne (différence de potentiel) est de
100 à 130 Volts par mètre pouvant atteindre 10 à 20 kiloVolts par mètre en
cas d’orages.
Il peut être d’origine industrielle dans le cas de l’utilisation de
courant électrique continu ou professionnelle dans le cas d’appareils
alimentés en haute tension qui se chargent électrostatiquement : cas des
écrans de visualisation où le champ électrique statique peut atteindre
plusieurs centaines de Volts par mètre.
3-2•Champ magnétique statique.
Il est produit par les aimants et par le courant électrique continu.
La force du champ magnétique s’exprime en Ampère par mètre (A/m) et
sa densité de puissance en Tesla (T), microTesla (µT) et aussi en Gauss (G)
ou milliGauss (mG). Sous des lignes électriques à haute tension en courant
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LE MINIMUM A CONNAITRE EN MATIÈRE D’ENVIRONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE
continu, la valeur du champ magnétique statique est de l’ordr e de 20 µT
3
(200 mG) .
la technologie des trains se déplaçant par lévitation dans un champ
magnétique continu :
Le champ magnétique statique peut être d’origine naturelle ou
industrielle.
Cas du train allemand à grande vitesse TROT 07 MAGLEV
(ma gnetic ally levita ted ground transportation system) où le cha mp
5
magnétique atteint 500 à 1.000 mG à l’intérieur du train .
3-2-1•Origine naturelle :
• Le champ magnétique terrestre qui a 2 composantes, une
verticale de 600 à 800 milliGauss et une horizontale de 300 à 500
milliGauss. Ces valeurs s ont différentes se lon le s points du globe
considérés et varient légèrement chaque année.
3-2-2•Origine industrielle :
• Dans l’industrie de l’aluminium où des champs magnétiques
statiques élevés existent (du fait de l’utilisation de courant électrique
continu pour les opérations d’électrolyse), dans les industries fabriquant
des aimants.
• En milieux hospitaliers ou dans les laboratoires scientifiques, des
expositions élevées à des champs magnétiques statiques existent près de
systèmes où interviennent la résonance magnétique nucléaire (RMN)
utilisée en spectrométrie ou spectroscopie, l’imagerie par résonance
magnétique nucléaire (IRM) pour le diagnostic mé dic al, prè s des
accélérateurs de particules, ... Dans ces exemples, le champ magnétique
statique peut atteindre plusieurs Teslas (0,15 à 2 T).
• Les travailleurs du rail peuvent être exposés à des champs
électriques et magnétiques statiques dans la mesure où un courant
électrique continu est utilisé pour le fonctionnement de certains trains
(1.500 V/continu, en France - 750 V/continu, en Angleterre - 3.000
4
V/continu, en Italie ) . L’exposition à de tels champs existe également avec
Dans le cas du train MAGLEV japonais, un champ magnétique
statique de 20 mT (200 G) est mesuré au niveau du sol, il est de 1 mT (10
G) au niveau des passagers ; hors du train, 0,2 mT (2 G) sont mesurés à 4
m du rail. Le personnel travaillant sur le rail est exposé à environ 1 T
6
(10.000 G) .
Sur certains trains anglais (métro, trains de banlieues), des
champs magnétiques statiques de 16 à 64 µT (160 à 640 mG) pouvant
7
atteindre 15 mT (150 G) sont mesurés .
4•Interactions avec les êtres vivant
Les champs électriques et magnétiques régissent la vie. C’est
ainsi que les molécules de notre corps sont liées par des champs
électriques et que les informations circulent dans notre organisme (nerfs,
cerveau) sous la forme d’influx électriques qui créent des champs
électriques et magnétiques. On a pu au moyen d’appareils très sensibles
(les magnétomètres) détecter les champs magnétiques très faibles (de
quelques femtoTeslas) émis par le cœur (magnétocardiographie) et par le
cerveau (magnétoencéphalographie).
Ainsi tout être vivant fonctionne à un certain niveau électrique et
magnétique. Toute perturbation de notre environnement électrique et (ou)
5 F.M. Dietrich et coll. Magnetic fields testing of TR 07 Maglev System. Electricity and
magnetism in Biology and Medicine. Martin Blank Ed.1993.267-270.
3 ICNIRP Guidelines. Guidelines on limits of eposure to static magnetic fields. Health
Physics.1994.66:100-106
6 N. Nakawaga et coll. EMF issues with Maglev in Japan. Electricity and Magnetism in
Biology and Medicine. Martin Blank Ed. 1993.264-266;
4 J.Cl. Albaret. L’habitat à proximité des catenaires de trains. La Revue Stomatologique.
1992.1:3-15
7 N.G. Ptitsyna et coll. Coronary hear t diseases: Assesment of risk associated with work
exposure to ultralow-frequency magnetic fields. Bioelectromagnetics. 1996.17:436-444
24
25
GUIDE PRATIQUE EUROPEENDES POLLUTIONS ELECTROMAGNETIQUES DE L’ENVIRONNEMENT
magnétique aura des effets biologiques plus ou moins intenses et
durables selon les conditions de cette perturbation (intensité, durée) et la
sensibilité de chacun.
4-1• Extrêmement basses fréquences
(ELF - F < 300 Hz).
L’exposition d’un être vivant à un champ électrique et (ou)
magnétique c rée dans l’organis me des c ourants électriques induits
exprimés en Ampères par mètre carré (A/m2) ou en unités plus petites
comme le milliAmpère par mètre carré (mA/m2 ou cm2), ....
Exemples :
LE MINIMUM A CONNAITRE EN MATIÈRE D’ENVIRONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE
4-2• Radiofréquences
(F de 30 KHz à 300 GHz).
Lorsqu’une onde électromagnétique rencontre un tissu vivant, elle
peut engendrer, si sa puissance est suffisante, des effets thermiques. Ces
effets résultent de l’oscillation de molécules (par exemple, molécules
d’eau) plusieurs millions de fois par seconde sous l’action de l’onde
électromagnétique. Ces oscillations créent des frottements dans le tissu
qui provoquent l’augmentation de la température.
• Le chauffage est dit par " effet diélectrique " lorsqu’il est
provoqué par le champ électrique (échauffement des aliments dans un
four à micro-ondes domestique).
• Un champ électrique alternatif (50 ou 60 Hertz) de 1 KV/m crée
un courant électrique induit de 0,3 mA/m2 ; ce courant circule dans le
corps selon un axe vertical changeant de sens 50 ou 60 fois par seconde,
dans le cas d’une personne debout sous une ligne électrique.
• Le chauffage est dit " par induction " lorsqu’il est provoqué par le
champ magnétique (cas des plaques de cuisine à induction qui chauffent
les récipients métalliques).
• L’exposition à un champ magnétique alternatif (50 ou 60 Hertz)
de 1 Gauss engendre dans le corps d’une personne debout sous une ligne
électrique, un courant électrique induit de 1 mA/m2 qui circule en boucle
dans le sujet (courant de Foucault ou de Eddy pour les anglo saxons).
Lorsque la densité de puissance de l’onde électromagnétique est
faible, il n’y a pas d’effet thermique mesurable. Si des effets biologiques
sont observés, on parle alors d’effets non thermiques ou spécifiques.
Dans le cas des téléphones mobiles cellulaires et de leurs stations relais,
8
c’est ce type d’effet qui est pris en compte .
Les courants électriques induits chez les êtres vivants du fait de
leur exposition à des champs électromagnétiques sont du même ordre de
gra nde ur que c eux existant naturellement da ns l’organism e. De s
interférences entre ces différentes s ources de coura nts électriques
(physiologiques ou artificiels) sont capables de perturber les fonctions
physiologiques et en particulier les flux d’ions calciques, les sécrétions
d’hormones (mélatonine de la glande pinéale) et d’enzymes (ornithine
décarboxylase, ...) (CF. 51. - Ci-après).
La pénétration d’une radiofréquence dans un être vivant est
fonction de différents paramètres dont la fréquence de l’onde incidente, sa
densité de puissance, la nature des tissus rencontrés, leur richesse en
eau, en graisse, l’épaisseur des tissu, ... Lorsque l’épaisseur du tissu est
proche de la longueur d’onde, il peut y avoir création de " points chauds "
dans le tissu. Par exemple, pour la tête, les risques de points chauds
(co ncentration de l’é nergie éle ctroma gné tique) e xis te nt pour des
9
fréquences de 300 MHz à 2.000 MHz .
8 R. Santini. Téléphones cellulaires danger ? Editions Marco Pietteur.1998.208 pages.
9 IRPA Guidelines. Guidelines on limits of exposure to radiofrequency electromagnetic
fields in the frequency range from 100 KHz to 300 GHz. Health Physics.1988.54:115-123.
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GUIDE PRATIQUE EUROPEENDES POLLUTIONS ELECTROMAGNETIQUES DE L’ENVIRONNEMENT
N.B. Les fréquenc es utilis ée s par les téléphones mobile s
cellulaires sont dans cette gamme de valeurs (hyperfréquences UHF).
4-3•Champs électrique et magnétique statiques.
4-3-1•Champ électrique statique.
Lorsqu’un être vivant est exposé à un champ électrique statique,
il se produit un " effet de peau " résultant de la migration des charges
électriques à la périphérie du sujet exposé. La répartition de ces charges
superficielles se fait différ emment selon que le sujet est ou non relié à une
terre. Par exemple, si le sujet est au contact du sol (à la terre), les charges
électriques présentes sur la peau sont négatives comme celles de la
surface de la terre. Si le champ électrique statique est élevé (plusieurs
KV/m), il peut ioniser l’air et il y a le risque de créer un courant de décharge
en cas de différence de potentiel avec un autre objet.
4-3-2•Champ magnétique statique.
En agissant sur les charges électriques en mouvement, les
champs magnétiques statiques génèrent également chez les sujets
expos és des c ourants élec triques induits. Par exem ple, un champ
magnétique statique de 200 mT (2.000 G) crée dans l’aorte un courant
électrique induit de 44 mA/m2 .
Un champ magnétique statique de plusieurs Teslas est capable
d’orienter certaines molécules ou structures constitutives du vivant :
molécules d’ADN, bâtonne ts de la ré tine, é léments sanguins
ferromagnétiques (hématies).
Les particules de magnétite (magnétosomes), présentes dans de
nombreux tissus de différentes espèces animales dont l’homme, sont
10
sensibles à la présence d’un champ magnétique .
10 J.L. Kirschvink et coll. Magnetite biomineralization in the human brain. Proc. Natl. Acad.
Sci. USA.1992.86:7683-7687.
28