Radiocommunications, Effets Biologiques et Normes

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

2 Table des matières Grandeurs physiques Effets pris en compte dans normes Effets biologiques Normes/recommandations internationales Critique des recommandations OMS/ICNIRP Conclusion

3 1. Grandeurs physiques • champ distribution 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 • fréquence répétition par seconde mesurée en hertz hertz Hz, kilohertz kHz, mégahertz MHz, gigahertz GHz, (térahertz THz) • longueur d’onde x fréquence = constante longueur d'onde plus petite si fréquence élevée • constante vitesse de phase dans milieu considéré dans vide : vitesse de la lumière = km/s longueur d'onde dans vide km à 50 Hz 3 m à 100 MHz 33.3 cm à 900 MHz 3 cm à 10 GHz 3 mm à 100 GHz longueur d’onde plus petite dans corps humain (facteur 1/9 à 900 MHz)

4 longueur d'onde du même ordre de grandeur que
• rayonnements ionisants fréquences très élevées rayons X, ... • rayonnements non ionisants fréquences plus basses radio, micro-ondes, infrarouge, visible micro-ondes (microwaves) ou hyperfréquences “famille” de fréquences fréquence 100 MHz à 300 GHz (jusqu’à 1 THz) longueur d'onde 3 m à 1 mm dans le vide (jusqu’à 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/m se propage
champ magnétique (H) A/m se propage champ électromagnétique (E et H) se propage (RF, micro-ondes) densité de puissance (S) W/m2 se propage puissance (P) W intégrée sur surface • champ rayonné varie en 1/r densité de puissance rayonnée varie en 1/r2 r = distance à partir de la source • pour rayonner antenne rayonnement d’autant plus efficace que fréquence élevée • gain d’antenne dépend de la direction diagramme de rayonnement G(f) normalisé : rapport densité de puissance émise / répartition isotrope mesuré en dB (decibels) 10log10 gain 1 dB 0 isotrope gain 10 dB 10 gain 100 dB 20

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 2. Effets pris en compte dans normes
• 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 interne bien connu Taux d’Absorption 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 d’exposition plus faible que effets thermiques ondes modulées par impulsions effets détectables à niveau plus faible que ondes à caractère continu

8 micro-ondes (RF) : rayonnements non ionisants
• gamme de fréquences arrêté royal belge 10 MHz - 10 GHz ordonnance Bxl 0.1 MHz GHz • applicabilité pas toujours la même "seulement GSM" ou "tout sauf" : peut être très différent • grandeurs physiques citées SAR pas heureux : interne, non mesuré champ électrique E "facile" à mesurer aux micro-ondes mesuré en absence d’être humain densité de puissance S grandeur absorbée en partie champ magnétique H difficile à mesurer aux micro-ondes • deux concepts émission puissance émise par antenne immission ambiance 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. Effets biologiques 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

10 3.2 Caractérisation des tissus biologiques
effets diélectriques caractérisés par permittivité • plus particulièrement permittivité relative compare la permittivité d’un 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 2.000 micro-ondes permittivité relative = celle de l’eau décroît depuis environ 80 à partir de GHz vaut … … aux fréquences millimétriques élevées • propagation : présence de R, L, C dans corps humain

11 3.3 Absorption seul le champ intérieur au matériau peut influencer celui-ci énergie micro-onde absorbée convertie en chaleur : chauffage • pénétration de l’onde : 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 d = 1/(wms/2)1/2 mètres  pulsation (2 fois la fréquence)  perméabilité (propriétés magnétiques)  conductivité (conduction électrique)

12 profondeur de peau (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, d’après la durée d’exposition Suisse : 6 ou 4 V/m, d’après la durée d’exposition 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 s’agit d’une valeur maximum tient compte de toutes émissions 10 MHz - 10 GHz

13 3.4 Système nerveux système nerveux : trois fonctions
percevoir variations dans le corps et à l’extérieur interpréter et intégrer ces variations répondre en initiant des actions : contractions, sécrétions, ... partie sensorielle : millions d’organes senseurs rassembler l’information, 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 affecte système cardiovasculaire température du corps appétit système endocrinien

14 3.5 Cellules, membranes, molécules
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 l’acide ADN cellules exposées à fréquences, niveaux d’exposition, durées lésions chromosomiques plus nombreuses • modèle théorique : propriétés diélectriques du noyau cellulaire SAR à endroits proches (nm) peuvent différer W/m3 : 10 à 100 fois supérieure à environnement cellulaire effet biologique dû à production de chaleur préférentielle ?

15 3.6 Influence de médicaments
dommages à cornée observés à SAR 2.6 W/kg, 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. d’où question : certains traitements médicamenteux peuvent-ils accentuer sensibilité aux micro-ondes? si quelqu’un se sent particulièrement sensible si absorbe médicament contenant opioïdes (réduire stress) possible que celui-ci accentue sensibilité aux micro-ondes ?

16 3.7 Effets microthermiques et isothermes
• effets "non thermiques" micro-ondes : vieille controverse la question n’est 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) : "l’importance de la différence entre les vues soviétique et occidentale apparaît dès qu’on réalise que la signification pratique de l’exposition maximum permissible est basée sur l’acceptation 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

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 d’un quantum de lumière et impulsion nerveuse : gain de plus d’un 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 l’effet d’actions non cohérentes, faibles lorsque certaines conditions sont réunies

18 Effets isothermes (température constante)
• exemple : luminescence, énergie luminescente peut être plus grande que énergie d’excitation absorbée aux dépens de énergie thermique matériau • il en résulte refroidissement du matériau car l’énergie d’excitation, 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 l’énergie 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

19 3.8 Études épidémiologiques
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 d’étude plus longue, préférable de limiter usage GSM par enfants, utiliser oreillette mai 2005 : étude suédoise sur cancer 1.400 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 d’une semaine : résultat négatif

20 4. Tableau de normes et recommandations
4. Tableau de normes et recommandations valeurs limites pour grand public, V/m équivalent à 900 MHz (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, d’après la durée d’exposition Suisse : 6 ou 4 V/m, d’après la durée d’exposition 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 s’agit d’une valeur maximum tient compte de toutes émissions 10 MHz - 10 GHz

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 ("DT" 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 s’agit d’une 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 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 d’attention des politiques au souci de la population • de quoi les normes doivent-elles protéger? des effets pathogènes connus : bien sûr ! • opinion personnelle : mais aussi d’effets dont on sait aujourd’hui qu’on ne saura que plus tard s’ils se produisent exemple : cancer après apparition d’une 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 In normal thermal environments
5. Critique recommandations OMS / ICNIRP 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 • d’où limite à 900 MHz : 41.2 V/m

24 ne pas s’étonner si certains estiment que
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 s’étonner 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 • d’où 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 DT à 0.02°C : élimine l’effet 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 d’organes internes exposés chez l’enfant • Taille exemple : conserver la chaleur / acquérir ou perdre la chaleur effet utile : propriété du volume, mètres cubes, m3 effet pervers :propriété de la surface du corps, mètres carrés, m2 rapport effet utile/effet pervers m3/m2 = dimension, longueur, taille, mètre échauffement micro-onde : affecte température interne, chaleur acquis par la surface : grandeur fondamentale W/m2 donc : échauffement plus marqué sur humains de petite taille

26 aujourd’hui, il y a essentiellement deux opinions
6. Conclusion aujourd’hui, il y a essentiellement deux opinions elles ne sont pas seulement différentes elles sont contradictoires, irréductibles: il faut choisir ! • opinion des uns : il n’y a pas lieu d’établir des normes plus rigoureuses tant qu’il n’est pas prouvé qu’il y a des effets pathogènes • opinion des autres : il y a lieu d’établir des normes plus rigoureuses tant qu’il n’est pas prouvé qu’il n’y a pas d’effets pathogènes mon opinion personnelle : on manque grandement de prudence !