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Recherche & développement Interactions Ondes – Personnes. L'apport de la dosimetrie. Joe Wiart Orange Labs R&D Nov 2008.

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1 recherche & développement Interactions Ondes – Personnes. L'apport de la dosimetrie. Joe Wiart Orange Labs R&D Nov 2008

2 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p2 Des ondes électromagnétiques et des antennes : les fondements Protection des personnes et questions actuelles Au-delà des effets connus Évaluer l'exposition: l'objectif de la dosimétrie et la contribution de Orange Labs R&D Conclusion sommaire 4

3 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p3 1 Des ondes électromagnétiques et des antennes …. Les fondements

4 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p4 Les ondes électromagnétiques dans l'environnement domestique Les ondes électromagnétiques sont à la base de l'essentiel des communications sans fils. Mais les systèmes de communications ne sont pas les seuls à utiliser ou émettre des ondes RF

5 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p5 Qu'est ce qu'une onde? Perturbation d'un milieu onde période : T Longueur d'onde Fréquence: 1/T amplitude

6 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p6 Et une onde électromagnétique ? Une énergie transportée sans support matériel et qui véhicule l'information Des champs électrique et magnétique couplés En radiofréquence et Loin des sources les champ électrique et magnétique ont une structure d'onde plané et sont proportionnels E H H E La circulation de l'un est lié à la dérivée temporelle du flux de l'autre

7 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p7 Des antennes pourquoi ? Dans un réseau cellulaire Le rôle de l'antenne est d'émettre le signal de privilégier une direction Le rôle d'une antenne est de créer ou de capter un champ électromagnétique Les antennes assurent la liaison entre systèmes sans fils

8 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p8 Structure du Champ électromagnétique crée par une antenne La valeur du champ électrique Décroit avec la distance (inversement proportionnel) Dépend de la directivité de l'antenne Loin des antennes les champ électrique et magnétique sont orthogonaux et proportionnels

9 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p9 Puissance rayonnée Relation puissance- champ Le carré de la valeur du champ électrique est proportionnel a la puissance émise. Variation de la puissance Les systèmes n'émettent pas forcément en permanence au maximum et pas a puissance constante E²/η=P/(4Πr²) Antenne GSM Antenne FM Wifi GSM

10 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p10 Une gestion de la puissance qui dépend de la technologie. Le GSM et l'UMTS n'ont pas la même stratégie de gestion de la puissance.

11 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p11 Propagation et Absorption Les milieux matériels à pertes absorbent les ondes électromagnétiques. L'absorption dépend de la forme, des tissus et de la fréquence incident réfléchie Transmise et absorbée

12 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p12 Quantification de la puissance absorbée par les tissus Energie absorbée Masse Temps Débit d'Absorption Spécifique Specific Absorption Rate Moyenné localement ( 10g) ou sur le corps entier Proportionnel au carré du champ électrique dans les tissues

13 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p13 Protection des personnes 2

14 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p14 Des niveaux de protection existent Etablis par la Commission Internationale de Protection contre les rayonnements non ionisant.( ICNIRP) En Europe ces niveaux ont été validés par le CSTEE et le SCENIHR En France ces niveaux ont été repris par un décret en 2002

15 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p15 Comment ont-elles été établies et de quoi protègent elles? Basées sur la littérature scientifique Protègent des effets connus En RF 4 watt/kg peuvent entrainer une augmentation de température de plus de 1° En RF ils limitent la puissance absorbée par les tissus 50 fois en dessous des effets sanitaires pour le grand public 10 fois en dessous pour les travailleurs

16 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p16 Les limites fondamentales: les restrictions de base grand public travailleurs limite dexposition local moyennée sur 10g de tissus tête et tronc 2 W/kg 10 W/kg membres 4 W/kg 20 W/kg limite dexposition "corps entier" 0,08 W/kg 0,4 W/kg En RF les Restrictions de base, limites fondamentales, limitent la puissance absorbée.

17 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p17 Des restrictions de base aux niveaux de références. Grand publicTravailleur 900 MHz41 V/m92 V/m 1800 MHz58 V/m130 V/m 2100 MHz61 V/m137 V/m Lévaluation directe des restrictions de base nest pas toujours possible. Des niveaux dérivés, Les niveaux de références ont été établis afin de permettre une vérification indirecte de la conformité aux restrictions de base. Évaluation de l'absorption des humains Établissement d'un gabarit de protection. Les normes sont fondamentalement en puissance. Donc attention à 900 MHz 41 v/m représente 100% de la limite mais 4,1 v/m représente 1% de la limite.

18 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p18 Comment vérifier la conformité à ces limites Mobile Tests de conformité des mobiles (EN50360 & EN50361) adoptée en 2001 IEC a remplacé la EN50360 en 2006 Antenne de station de Base Mise sur le marché (EN50383, EN50384 & EN50385) adoptée en 2002 Mise en Service (EN50400, EN50401) adoptée in 2005 Mesure in situ), EN50492 adoptée in 2008 Protocole de mesure in situ de l'ANFR

19 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p19 Niveaux d'exposition induits par les systèmes existants (1) Les stations de base et points d'accès WiFi entre 1000 et plus de fois en dessous des normes

20 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p20 Niveaux d'exposition induits par les systèmes existants (2)

21 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p21 Mais des questions subsistent Utilisation des mobiles par les enfants. Des sources d'expositions nouvelles, multiples. Exposition sur de longues périodes..

22 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p22 3 Au-delà des effets connus…

23 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p23 Sanitaire vs effets biologiques Recherche Biologique Aucune action Résultat Négatif Résultat Positif Réplication Effet avéré Impact Sanitaire ? Aucune action

24 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p24 Y a-t-il d'autres effets que ceux connus? Beaucoup d'études ont été menées. Les études coordonnées par le projet EMF de l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS). Crée en 1996 pour coordonner les recherches (www.who.int) Plus de 600 études biomédicales menées et répertoriées dans la base de donnée de l'OMS In Vitro In vivo Humaines Epidémiologiques

25 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p25 De nombreux groupes d'experts ont synthétisé les connaissances France : AFSSE Royaume Uni: MTHR Suède SSI Pays Bas: Health Council. Canada: Société Royale du Canada Australie Belgique Irlande…

26 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p26 Mobiles et stations de base: des problèmes différents « Il ny a pas de preuve scientifique à ce jour que le Wi-Fi et les autres technologies sans fil aient un impact négatif sur la santé du grand public. Les signaux sont très faibles, de lordre de 0,1 Watt au niveau de lordinateur et du routeur et les résultats à ce jour montrent des expositions très inférieures aux seuils de lICNIRP. Compte tenu de ces éléments, il nexiste aucune raison pour que les écoles et les autres lieux ne continuent pas dutiliser le Wi-Fi et les autres réseaux sans fil. » - Communiqué du Health Protection Agency, Royaume-Uni, octobre « Bien quaucune preuve scientifique ne permette de démontrer que lutilisation des téléphones mobiles présente un risque pour la santé, cette hypothèse ne peut définitivement être exclue …. » dossier "Téléphonie mobile (Champs électromagnétiques - Radiofréquences)" actualisé en septembre 2005 du ministère de la santé et des solidarités « Compte tenu des très faibles niveaux dexposition et des résultats des travaux de recherche obtenus à ce jour, il nexiste aucun élément scientifique probant confirmant déventuels effets nocifs des stations de base et des réseaux sans fil pour la santé. » - Aide-mémoire n°304 de lOrganisation Mondiale de la Santé, mai 2006.

27 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p27 Importance de la qualité des études Les conditions d'expérimentation sont fondamentales Protocole. Traitement statistique. Dosimétrie. La réplication est indispensable. La matière vivante est complexe Une seule étude n'est pas suffisante

28 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p28 Les réplications sont indispensables Exemple d'études "positives" mais dont les réplications n'ont pas confirmé les résultats. Cancer (Repacholi 1996) Barriere hémato encéphalique (Aubineau 2001) Protéines de choc thermique ( De Pomerai 2000) Effet sur le bien être (TNO 2000)

29 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p29 Complexité des études épidémiologiques: Exemple de l'étude "Nordic and UK Interphone studies combined" Lahkola et al. Int J Cancer 2007, Case-control study: 1521 glioma cases and 3301 controls Utilisation du tel depuis départ en années OR (95% CI)Nb de cas ( ) ( )342 > ( )143 Coté de la tête:Même cotéOpposé years1.08 ( )0.70 ( ) 5-9 years1.10 ( )0.74 ( ) >10 years1.39 ( )0.98 ( ) (cas/population) exposés (cas/population) non-exposés OR=

30 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p30 Les biais possibles Biais de sélection N'y a-t'il pas un biais lié à la population qui accepte d'être "contrôle" Biais liés à des erreurs de mémoire N'y a-t'il pas un biais lié au fait que les personnes pensent avoir utilisé le portable du coté de la tumeur Biais liés aux faibles nombres Ex étude suédoise/tumeur nerf auditif: 14 cas ayant utilisé le portable depuis plus de 10 ans

31 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p31 4 L'importance de la dosimétrie

32 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p32 Qu'est ce que la dosimétrie? Évaluer les niveaux d'exposition Champ Electrique et Magnétique Puissance absorbée DAS En fonction Des systèmes Des morphologies Des usages…

33 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p33 Simulation et mesures des approches complémentaires. Mesure Mesure invasive Complexe la mesure dans les milieux hétérogènes Mesure directe du champs induit par une source Sensibilité limitée des sondes de température - - Simulation Estimation non invasive L'hétérogénéité des tissus n'est pas un problème Le résultat dépend de la qualité et de la précision des modèles Pas de limite de sensibilité + +

34 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p34 Mesure : Gros efforts menés depuis plus de 10 ans Sondes de SAR Sondes de champ

35 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p35 Analyse de la conformité Définition d'une forme et d'un liquide qui garantissent que le SAR max sur un cube de 10 grammes sera toujours inférieur dans une vraie tête. Méthode normalisée (CENELEC EN50361 et IEC ) Un fantôme homogène Des positions de test Un liquide équivalent

36 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p36 Les tests Puissance maximum Plusieurs positions Plusieurs fréquences Recherche du SAR max sur un cube de 10 grammes

37 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p37 Mesures de champ La contrainte des variations rapides… Comment évaluer l'incertitude de l'évaluation? Combien de point de mesure? dB meters

38 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p38 Des études statistiques pour évaluer l'incertitude. Analyse de lerreur sur la moyenne estimée en fonction Du type de variations rapides Du nombre de points. E Larcheveque, C Dale, M.F Wong and J. Wiart, & al Analysis of Electric Field Averaging for In-situ Radiofrequency Exposure Assessment IEEE trans on VTC, Vol. 54, N°. 4, July

39 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p39 Dosimétrie personnelle Enregistrement sur 10 heures Geostatistical Estimation of Electromagnetic Exposure Y. Ould Isselmou, H.Wackernagel,W. Tabbara and J.Wiart A. Soares et al. (eds.), geoENV VI – Geostatistics for Environmental Applications, Springer 2008 pp 59–69 Estimating radioelectric exposure in the framework of an urban environmental monitoring system Béatrice Augereau, Hans Wackernagel, Walid Tabbara, Joe Wiart GeoENv 08 - L'exposition est faible (70% en dessous de 0,05 v/m) - Des outils géostatistiques pour interpoler

40 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p40 Dosimetrie numérique : une montée en puissance Gros efforts depuis 10 ans Les moyens de calculs progressent Il y a 10 ans un modèle simpliste de téléphone et une sphère avec une résolution faible demandaient des jours de calculs Aujourd'hui une tête + un téléphone avec une résolution millimétrique demande minutes.

41 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p41 Des modèles complexes et volumineux Les tissus sont trés hétérogenes 1 mm resolution ->tete = ~ cellules…. 2 mm resolution -> corps entier ~ cellules Les méthodes basées sur l'inversion de matrice sont a proscrire….

42 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p42 Les tissus sont des dielectriques à pertes 900 MHz

43 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p43 Les tissus sont dispersifs. Peau LCR

44 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p44 Méthode Numerique: la FDTD Simple Précision acceptable Sans inversion…. La FDTD évalue les dérivées partielles via des différences finies L'espace est découpé en petits cubes Les ondes sont "propagées" sur ce maillage via les equations de Maxwell.

45 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p45 Le SAR via la FDTD Le DAS ou SAR est calculé au centre de chaque cellule de 1 mm de coté. E au centre de la cellule

46 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p46 Un point crucial les modèles de sources camera

47 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p47 Un autre point crucial les modèles de personnes ou d'animaux Sources: IRM Coupes Segmentation ( reconnaissance des tissus)

48 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p48 Approche élégantes mais les modèles sont complexes à construire Résolution millimétrique Basés sur Acquisition directe ( VH) ou IRM Peu de modèles, ce qui pose la question de la représentativité

49 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p49 Application recherche & développement

50 Groupe France Télécom Nov2008 – p50 Exemples dapplication: Evaluation d un système d exposition TissuesMaxim um SAR (W/kg) 95% Confidence interval (W/kg) Skin33.58 Skull Brain15.55 Dura Mater15.55 Inside the brain at 1 mm from the skull Dosimetric analysis of a 900-MHz rat head exposure system Leveque, P.; Dale, C.; Veyret, B.; Wiart, J. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,Volume: 52, Issue: 8, Aug Pages:2076 – 2083

51 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p51 Evaluation des niveaux de SAR dans la tête dun utilisateur GSM 900GSM 1800 UMTS

52 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p52 Etude de la relation SAR / augmentation de température SAR Augmentation de température 0,07°

53 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p53 L'exposition des enfants

54 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p54 Une tête d'enfant n'est pas une petite tête d'adulte…. Beaucoup de questions sont induites par une étude menée il y a 10 ans… Une tête d'adulte avait été réduite uniformément Le maillage initial était relativement grossier (2*2*3 mm) La tête "d'enfant" n'était pas une tête humaine. - les proportions sont différentes 80%

55 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p55 Des têtes d'enfants ont été développées. Basée sur des Images IRM Basée sur des techniques de Morphing Segmentation of the Skull in MRI Volumes Using Deformable Model and Taking the Partial Volume Effect into Account H. Rifai and I. Bloch and S. Hutchinson, J. Wiart and L. Garnero, Medical Image Analysis, Vol 4 N°3 pp (2000/09) Study of Specific Absorption Rate (SAR) Induced in the Two Child Head Models and Adult Heads Using a Mobile Phones Abdelhamid Hadjem, David Lautru, Christian Dale, Man Faï Wong, Victor Fouad Hanna, Joe Wiart IEEE Trans. MTT ; Vol.°53 ; N° 1 ; janvier 2005 ; pp Modeling of RF exposure in children J. Wiart, A. Hadjem, N. Gadi, I Bloch, M F Wong,, A Pradier, D Lautru; V.F Hanna and C. Dale. Bioelectromagnetics Vol 26 Issue S7 pp Brain vol vs Skull thickness

56 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p56 Enfants vs adultes avec les modèles actuels Pas de différence pour le DAS sur 10g Localement l'exposition peut être différente. Eg les tissus périphériques du cerveau Analysis of RF exposure in the head tissues of children and adults J. Wiart, A Hadjem, M F Wong and I Bloch, Phys. Med. Biol. 53 (2008) 3681–3695

57 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p57 Influence des nouveaux usages Exposition 10 cm en face de la tête l'exposition est égale à 10% de celle induite par le téléphone prés de 40 cm cette exposition est de l'ordre de 1% d d à 10 cm et à 40 cm

58 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p58 Évaluer l'exposition réelle …. Comment gérer la variabilité?

59 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p59 Exposition corps entier DAS corps entier vs champ Incident. Des modèles ont été développé mondialement …. et montrent une grande variabilité. Variability analysis of SAR from 20 MHz to 2.4 GHz for different adult and child models using finite-difference time-domain E Conil, A Hadjem, F Lacroux, M F Wong and J Wiart. Phys. Med. Biol

60 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p60 RF exposure is facing complexity, variability and representativeness

61 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p61 morphologie est variable…

62 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p62 Les êtres humains sont similaires mais différents Mondialement moins de 15 modèles.. Quelle représentativité de ces modèles? Comment extrapoler ? Chinese population Years old French population 20 years old BMI distribution

63 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p63 Challenge actuel: évaluation de l'incertitude liée à la variabilité des données d'entrée x1x1 xixi xNxN Quels sont les paramètres influants Quel est la valeur du SAR max à 95% Avec comme contrainte majeure le nombre réduit de modèles. Piste actuelle: Méthode probabiliste

64 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p64 4 Conclusions ….

65 recherche & développement Groupe France Télécom Nov2008 – p65 Dans la confusion trouver la simplicité De la discorde faire jaillir l'harmonie Au milieu de la difficulté se trouve l'opportunité Albert Einstein, Trois règles de travail


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