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Septembre 2008 Radiocommunications, Effets Biologiques et Normes André Vander Vorst professeur ém UCL Hyperfréquences.

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1 Septembre 2008 Radiocommunications, Effets Biologiques et Normes André Vander Vorst professeur ém UCL Hyperfréquences

2 Table des matières 1.Grandeurs physiques 2.Effets pris en compte dans normes 3.Effets biologiques 4.Normes/recommandations internationales 5.Critique des recommandations OMS/ICNIRP 6.Conclusion

3 champdistribution spatiale d'une grandeur physique ensemble des valeurs de température en tout point d'un local ensemble des valeurs de champ électrique, magnétique ou électromagnétique fréquencerépétition par seconde mesurée en hertz hertz Hz, kilohertz kHz, mégahertz MHz, gigahertz GHz, (térahertz THz) longueur donde x fréquence = constante longueur d'onde plus petite si fréquence élevée constantevitesse de phase dans milieu considéré dans vide : vitesse de la lumière = km/s longueur d'onde dans vide6.000 kmà 50 Hz 3 mà 100 MHz 33.3 cmà 900 MHz 3 cmà 10 GHz 3 mmà 100 GHz longueur donde plus petite dans corps humain (facteur 1/9 à 900 MHz) 1. Grandeurs physiques

4 rayonnements ionisants fréquences très élevéesrayons X,... rayonnements non ionisants fréquences plus bassesradio, micro-ondes, infrarouge, visible micro-ondes (microwaves) ou hyperfréquences famille de fréquences fréquence100 MHz à 300 GHz(jusquà 1 THz) longueur d'onde3 m à 1 mm dans le vide(jusquà 0.3 mm) longueur d'onde du même ordre de grandeur que dimension objets couramment utilisés mètre, décimètre, centimètre, millimètre théories, techniques et méthodes de mesure particulières effets particuliers, notamment biologiques ?

5 champ électrique (E)V/mse propage champ magnétique (H)A/mse propage champ électromagnétique (E et H)se propage(RF, micro-ondes) densité de puissance (S)W/m 2 se propage puissance (P)Wintégrée sur surface champ rayonnévarie en 1/r densité de puissance rayonnéevarie en 1/r 2 r = distance à partir de la source pour rayonnerantenne rayonnement dautant plus efficace que fréquence élevée gain dantennedépend de la direction diagramme de rayonnement G( ) normalisé : rapport densité de puissance émise / répartition isotrope mesuré en dB (decibels) 10log 10 gain1 dB0isotrope gain10dB10 gain100dB20

6 diagrammes de rayonnement antenne typique de station de base GSM plan vertical (a) et plan horizontal (b) (a) dans plan vertical(b) dans plan horizontal

7 plupart des normes basées sur effet thermique addition de puissances dans bande de fréquences donnée champ "équivalent" = racine carrée de la somme des puissances en général exprimées en champ E équivalent à une certaine fréquence absorption : chauffage internebien connu Taux dAbsorption Spécifique (TAS)W/kg SAR Specific Absorption Rate watts de puissance absorbée par kilo de matière absorbante matière absorbante : couche superficielle du corps (effet de peau) toutefois : effets comportementaux / fonctions cognitives détectables à niveau dexposition plus faible que effets thermiques ondes modulées par impulsions effets détectables à niveau plus faible que ondes à caractère continu 2. Effets pris en compte dans normes

8 micro-ondes (RF) : rayonnements non ionisants gamme de fréquences arrêté royal belge10 MHz - 10 GHz ordonnance Bxl0.1 MHz GHz applicabilité pas toujours la même "seulement GSM" ou "tout sauf" : peut être très différent grandeurs physiques citées SARpas heureux : interne, non mesuré champ électrique E"facile" à mesurer aux micro-ondes mesuré en absence dêtre humain densité de puissance Sgrandeur absorbée en partie champ magnétique Hdifficile à mesurer aux micro-ondes deux concepts émissionpuissance émise par antenne immissionambiance globale, due à tous émetteurs variable importante durée de mesure sur laquelle on moyenne le résultat : " 6 minutes " 1 minute est une bonne approximation

9 3.1 Bioélectricité toutes cellules vivantes présentent phénomènes bioélectriques une variété réduite présente variations de potentiel électrique électrocardiogramme (cœur) électromyogramme (muscle) électro-encéphalogramme (cerveau) magnéto-encéphalogramme (cerveau) bioélectricité rôle fondamental dans organismes vivants utilité clinique tension électrique : reconstitution os, cartilages, tissus applications médicales micro-ondes effets pathogènes éventuels sur êtres humains et animaux 3. Effets biologiques

10 effets diélectriques caractérisés par permittivité plus particulièrement permittivité relative compare la permittivité dun matériau à celle du vide constante diélectrique pour tissu vivant très élevée à très basse fréquence 1 à 10 millions à 50 Hz due au caractère vivant du tissu élevée aux radiofréquences sang à 3 MHz : environ micro-ondes permittivité relative = celle de leau décroît depuis environ 80 à partir de GHz vaut … … aux fréquences millimétriques élevées propagation : présence de R, L, C dans corps humain 3.2 Caractérisation des tissus biologiques

11 seul le champ intérieur au matériau peut influencer celui-ci énergie micro-onde absorbée convertie en chaleur : chauffage pénétration de londe : limitée par effet de peau effet caractérisé par profondeur de peau à 1 profondeur : champ = (1 / 2.72) de valeur sur peau à 3 profondeurs : densité de puissance = 1% de valeur sur peau organes intérieurs « blindés » par couches extérieures théorie mètres pulsation (2 fois la fréquence) perméabilité (propriétés magnétiques) conductivité (conduction électrique) 3.3 Absorption

12 (1) OMS, ICNIRP, Union européenne ne pas dépasser 41.2 V/m (2) plusieurs gouvernements européens plus exigeants Belgique : 20.6 V/m Italie : 20 V/m ou 6 V/m, daprès la durée dexposition Suisse : 6 ou 4 V/m, daprès la durée dexposition Luxembourg : 3 V/m (3) effets sur barrière sang-cerveau (BBB) certains effets positifs observés à W/kg, soit 18 V/m (4) effets isothermes ou microthermiques au moins 100 (en puissance) soit 4 V/m (5) études épidémiologiques : exposition TV/FM deux études/quatre : doublement taux leucémie de 2 à 4 V/m (6) 1998, notre recommandation a été : 3 V/m Région wallonne, Région bruxelloise il sagit dune valeur maximum tient compte de toutes émissions 10 MHz - 10 GHz profondeur de peau

13 système nerveux : trois fonctions percevoir variations dans le corps et à lextérieur interpréter et intégrer ces variations répondre en initiant des actions : contractions, sécrétions,... partie sensorielle : millions dorganes senseurs rassembler linformation, transmettre impulsions au système central exemple toucher : nerfs sensoriels de la peau signaux interprétés en pression, douleur, température, vibration ces systèmes existent aussi pour vision, ouïe, goût, odorat beaucoup de fonctions contrôlées par hypothalamus a ffectesystème cardiovasculaire température du corps appétit système endocrinien 3.4 Système nerveux

14 membranes cellulaires : site primaire interaction champs TBF amplification signaux faibles associés à divers mécanismes flux ions (Ca ++ ) jouent rôle primordial dans amplification stimulus effet de micro-ondes sur molécules diverses a été analysé accent particulier sur questions relatives à lacide ADN cellules exposées à fréquences, niveaux dexposition, durées lésions chromosomiques plus nombreuses modèle théorique : propriétés diélectriques du noyau cellulaire SAR à endroits proches (nm) peuvent différer W/m 3 : 10 à 100 fois supérieure à environnement cellulaire effet biologique dû à production de chaleur préférentielle ? 3.5 Cellules, membranes, molécules

15 dommages à cornée observés à SAR 2.6 W/kg, 2.45 GHz après prétraitement médicamenteux opioïdes : mêmes dommages observés à SAR dix fois plus faible opioïdes endogènes peuvent jouer rôle dans effets neurologiques ainsi : micro-ondes peuvent accentuer effets médicamenteux mesuré sur rats : accentuation de catalepsie, hyperthermie, etc. doù question : certains traitements médicamenteux peuvent-ils accentuer sensibilité aux micro-ondes? si quelquun se sent particulièrement sensible si absorbe médicament contenant opioïdes (réduire stress) possible que celui-ci accentue sensibilité aux micro-ondes ? 3.6 Influence de médicaments

16 effets " non thermiques " micro-ondes : vieille controverse la question nest pas innocente pas seulement scientifique aussi politique et commerciale accepter existence effets non thermiques implique possibilité effets exposition à très faible niveau vieille controverse, en 1971 déjà (Michelson) : "limportance de la différence entre les vues soviétique et occidentale apparaît dès quon réalise que la signification pratique de lexposition maximum permissible est basée sur lacceptation ou la réjection des effets non thermiques comme biologiquement significatifs" (1971 : normes soviétiques fois plus rigoureuses que les occidentales) opinion personnelle : éviter le mot "non thermique" "définition" négative définition 3.7 Effets microthermiques et isothermes

17 effets microthermiques: champ ém très faible peut créer effet biologique significatif en jouant le rôle de "gâchette" (trigger) exemple : système visuel, sensibilité proche de limite théorique entre énergie dun quantum de lumière et impulsion nerveuse : gain de plus dun million quantum agit comme gâchette pour impulsion nerveuse énergie de celle-ci fournie par le système biologique théorie (Fröhlich) : possibilité de déclencher des excitations cohérentes puissantes de membranes cellulaires sous leffet dactions non cohérentes, faibles lorsque certaines conditions sont réunies Effets microthermiques

18 exemple : luminescence, énergie luminescente peut être plus grande que énergie dexcitation absorbée aux dépens de énergie thermique matériau il en résulte refroidissement du matériau car lénergie dexcitation, ordonnée est transformée en énergie luminescente, moins ordonnée souvent appelé refroidissement optique théorie vérifiée sur cristaux luminescents biologique : luciole émet énergie luminescente dans le noir par transformation de lénergie lumineuse reçue de jour luminescence démontrée sur interface air - tissu humain sur interface air - eau et interface air - tissu humain mesures faites sur eaux diversement salées Effets isothermes (température constante)

19 novembre 2004 : TNO étude effets GSM sur comportement résultat positif, à approfondir, échantillon trop petit décembre 2004 : Reflex étude européenne sur cellule vivante a montré effets positifs sur ADN avril 2005 : étude danoise sur cancer plus de personnes résultat négatif quant à usage accentué de GSM auteurs disent : il faut durée détude plus longue, préférable de limiter usage GSM par enfants, utiliser oreillette mai 2005 : étude suédoise sur cancer personnes à tumeur et personnes saines risque plus élevé à la campagne, lié à antennes plus disséminées et impliquant donc usage de puissances plus élevées août 2007 : étude suisse concernant effet UMTS sur comportement expositions espacées dune semaine : résultat négatif 3.8 Études épidémiologiques

20 (1) OMS, ICNIRP, Union européenne 41.2 V/m (2) certains gouvernements européens plus exigeants Belgique : 20.6 V/m Italie : 20 V/m ou 6 V/m, daprès la durée dexposition Suisse : 6 ou 4 V/m, daprès la durée dexposition Luxembourg : 3 V/m (3) effets sur barrière sang-cerveau (BBB) certains effets positifs observés à W/kg, soit 18 V/m (4) effets isothermes ou microthermiques au moins 100 (en puissance) soit 4 V/m (5) études épidémiologiques : exposition TV/FM deux études/quatre : doublement taux leucémie de 2 à 4 V/m (6) 1998, notre recommandation a été : 3 V/m Région wallonne, Région bruxelloise il sagit dune valeur maximum tient compte de toutes émissions 10 MHz - 10 GHz 4. Tableau de normes et recommandations valeurs limites pour grand public, V/m équivalent à 900 MHz

21 (7) 2001 et 2006, CSH/CSS belge : 3 V/m + ALARA en 2006 facteur 50 en puissance par rapport à norme belge effets autres que thermiques (" T" réduit de 0.02°C à °C) valeur maximum tient compte de toutes émissions 10 MHz - 10 GHz (8) février 2003, Ville de Paris : de 1 à 2 V/m (accord entre Ville et opérateurs) il sagit dune valeur moyenne par jour ne porte que sur GSM (9) juin 2000, Ville de Salzbourg : 0.6 V/m initialement valeur moyenne par an ne porte que sur GSM (UMTS?) (10) , Bruxelles : 3 V/m toutes émissions publiques, très large bande valeur maximum rapport entre valeurs extrêmes de champ électrique 41.2/0.6 = rapport entre valeurs extrêmes de puissance (41.2/0.6) 2 =

22 grande variété différence de sensibilité des populations différence dattention des politiques au souci de la population de quoi les normes doivent-elles protéger? des effets pathogènes connus : bien sûr ! opinion personnelle : mais aussi deffets dont on sait aujourdhui quon ne saura que plus tard sils se produisent exemple : cancer après apparition dune nouvelle cause possible de cancer il faut au moins …10…15… 20 ans pour tumeurs décelables GSM introduit et explosé attendre pour constater tumeurs détectables

23 5.1 Organisation Mondiale de la Santé (OMS) texte initial 1993 (p.21, ) In normal thermal environments an SAR of 1-4 W/kg for 30 minutes produces average body temperature increases of less than 1°C for healthy adults ce texte établit safety factor de 50 pour grand public (p.23, ) calculé à partir de 4 W/kg et non 1 W/kg : incorrect ! de plus, facteur de 5 entre travailleurs et public il est de 20 en Belgique pour rayonnements ionisants doù limite à 900 MHz : 41.2 V/m 5. Critique recommandations OMS / ICNIRP

24 5.2 ICNIRP ICNIRP 1998 maintient cette recommandation pour facteur sécurité 50 calculé à partir de 4 W/kg exposition 24 h/24 et non 30 minutes tout être humain et non seulement adulte en bonne santé 5.3 ultérieurement : OMS a avalisé recommandations ICNIRP opinion personnelle : ne pas sétonner si certains estiment que les recommandations ICNIRP/OMS ne sont pas assez exigeantes 5.4 norme fédérale belge plus exigeante : 2x en champ E, 4x en puissance doù limite à 900 MHz : 20.6 V/m c-à-d facteur de sécurité de 50 par rapport à 1 W/kg : correct ramène le T à 0.02°C : élimine leffet thermique

25 Protection moins bonne si le corps est petit : enfants Cellules plus jeunes davantage influencées par champs ? il faut avis de médecin, physiologiste, biologiste Effet de peau 3 profondeurs de peau à 900 MHz : 5 cm des deux côtés soit 10 cm sur torse enfant de 20 cm au lieu de 40 cm adulte donc : davantage dorganes internes exposés chez lenfant Taille exemple : conserver la chaleur / acquérir ou perdre la chaleur effet utile : propriété du volume, mètres cubes, m 3 effet pervers :propriété de la surface du corps, mètres carrés, m 2 rapport effet utile/effet pervers m 3 /m 2 = dimension, longueur, taille, mètre échauffement micro-onde : affecte température interne, chaleur acquis par la surface : grandeur fondamentale W/m 2 donc : échauffement plus marqué sur humains de petite taille

26 aujourdhui, il y a essentiellement deux opinions elles ne sont pas seulement différentes elles sont contradictoires, irréductibles: il faut choisir ! opinion des uns : il ny a pas lieu détablir des normes plus rigoureuses tant quil nest pas prouvé quil y a des effets pathogènes opinion des autres : il y a lieu détablir des normes plus rigoureuses tant quil nest pas prouvé quil ny a pas deffets pathogènes mon opinion personnelle : on manque grandement de prudence ! 6. Conclusion


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