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Les rayonnements électromagnétiques

Leur nature, leurs caractéristiques, leur danger potentiel

Electromagnétisme

Lorsqu'une charge électrique se déplace (comme lorsqu'on fait circuler un courant dans un fil en allumant un appareil électrique) elle émet une énergie à la fois électrique et magnétique, qu’il est possible de décrire sous forme soit de champ électromagnétique, soit d’ondes (ou rayonnement) électromagnétiques (cf. Glossaire).

La physique moderne nous dit que toute matière peut être décrite comme composée d’atomes constitués d’une ou plusieurs charges électriques (les électrons, chargés négativement) gravitant autour d’un noyau comprenant, notamment, un nombre identique de charges positives, les protons. Les électrons ont la capacité de circuler entre plusieurs atomes et de créer de ce fait des liaisons entre atomes, pour constituer des molécules qui peuvent être plus ou moins complexes. La chimie peut ainsi être considérée comme la physique des interactions électroniques entre les atomes.
On voit donc que toute matière, quel que soit le niveau de détail auquel on l’observe, de l’atome jusqu’à un organisme entier ou même une planète, produit un champ électromagnétique dont les caractéristiques (puissance, fréquences) dépendent de l’organisation des mouvements d’électrons en son sein.

A part quelques cas très particuliers (les lasers) aucune matière n’émet une seule longueur d’onde, mais un ensemble de longueurs d’ondes caractéristiques, qu’on appelle un spectre. La spécificité de ces spectres est telle que de nombreuses techniques de "spectroscopie" ont été développées pour identifier très précisément la composition de toutes sortes de matières, vivantes ou non.

Effets sur les êtres vivants

Les champs électromagnétiques émis par toute matière peuvent interagir avec d’autres matières, proches ou éloignées, en fonction notamment de l’intensité du champ émis, mais aussi, et surtout, en fonction de la structure de la matière rencontrée. Toute matière peut ainsi capter certaines longueurs d’ondes (ce qui peut entraîner toutes sortes de conséquences sur cette matière par l’énergie ainsi transférée) ou les dévier, les réfléchir, sans être influencée, ou même être traversée sans qu’il y ait la moindre interaction et donc la moindre influence de la matière sur les ondes et des ondes sur la matière.

L’élément fondamental qui détermine s’il y a interaction ou non entre un champ électromagnétique et la matière qu’il rencontre est la concordance entre la longueur d’onde du champ et la structure électromagnétique de la matière ; lorsque cette concordance est suffisamment élevée (c’est-à-dire que certaines fréquences de l’onde correspondent à des fréquences internes de la matière) les deux peuvent entrer en "résonnance" et l’onde peut ainsi transférer une partie, plus ou moins importante, de son énergie à la matière, ce qui peut entraîner toutes sortes de conséquences pour la matière, notamment la rendre chimiquement plus réactive ou carrément faire rompre sa structure en certains points précis.

Ainsi, certaines longueurs d’onde spécifiques peuvent avoir un impact majeur, voir dramatique, sur la matière vivante, même à des intensités très faibles, alors que d’autres n’ont pas, voir que très peu d’influence, même à forte intensité sur des périodes très longues. La spécificité de ces interactions est même telle que des différences majeures de sensibilité peuvent exister entre des individus d’une même espèce vivante du fait des différences génétiques dans la structure de l’ADN et des protéines, qui ont ainsi des capacités suffisamment différentes d’entrer en résonnance ou de réagir à l’interaction avec un champ pour que l’impact biologique ne soit pas le même pour tous.

Les conséquences sur la santé de ces interactions sont potentiellement infinies dans leur variété et très délétères dans certains cas, comme cela est par exemple connu de longue date pour les rayons X. La multiplication rapide des technologies basées sur l’émission de champs électromagnétiques et leur mise en œuvre de plus en plus soutenue à large échelle dans tous les secteurs de l’activité humaine font qu’aujourd’hui le risque est grandissant, mais pas encore mesuré, d’avoir un impact négatif majeur sur la santé de tous les êtres vivants.
Ce n’est d’ailleurs pas un hasard si les gouvernements des pays développés ont édicté des lois et règlements mettant en avant la nécessité du principe de précaution, notamment à l’égard de populations plus fragiles comme les femmes enceintes et les enfants, que les assureurs rechignent à couvrir les risques liés au développement des technologies modernes de télécommunication et que certains opérateurs de télécom avertissent leurs clients des risques potentiels.

Dr Thierry D. LEEMANN
PhD,Clin Pharmacol

Lexique

Onde

Une onde est la représentation d’une oscillation (ou vibration) qui se propage: elle décrit la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales du milieu (une vague, par exemple).

Une onde transporte de l'énergie sans transporter de matière.
Elle se déplace avec une vitesse déterminée qui dépend de sa nature et des caractéristiques du milieu de propagation (les ondes électromagnétiques et les ondes sonores sont par exemple de nature différente et se propagent à une vitesse très différente, dans l’eau comme dans l’air). Une onde est décrite notamment par sa fréquence et sa longueur:

  • La fréquence de l'onde est le nombre de fois qu'un phénomène périodique (vibration, oscillation) se reproduit par unité de temps (cf. ci-dessous "Fréquence du champs électromagnétique").
  • La longueur d'onde est la distance parcourue par une onde pendant une période d'oscillation; elle est inversement proportionnelle à la fréquence, c’est-à-dire que plus la fréquence d’une onde est élevée, plus elle est courte, et plus la fréquence est basse, plus la longueur de l’onde est élevée.
caractéristiques d'une onde
Ce principe est illustré sur le schéma ci-contre.
Par rapport à l'onde i), l’onde ii) présente une fréquence plus élevée et sa longueur d’onde (λ) et donc plus courte.
Au contraire, l’onde iii) présente une fréquence plus basse que l'onde i) et sa longueur d'onde est donc plus longue.

Champs électromagnétiques

Un champ électromagnétique est la représentation dans l'espace de la force électromagnétique qu'exercent des particules chargées.

Le champ électromagnétique est la composition de deux champs, l’un électrique et l’autre magnétique, que l'on peut mesurer indépendamment, mais qui ne peuvent être dissociés. L’un n’existe pas sans l’autre.

Les champs électromagnétiques pénètrent la plupart des matériaux, sauf ceux constitués de certaines structures métalliques (blindages).

Ondes électromagnétiques

Lorsque les champs magnétiques et électriques locaux varient avec la variation de position des charges électriques, ceci produit une onde électromagnétique.
Cette onde peut se propager dans les trois directions de l'espace.

Les ondes électromagnétiques n'ont pas besoin d'un matériau pour se déplacer, contrairement aux ondes sonores, par exemple; elles se propagent dans le vide à la vitesse de la lumière (la lumière visible étant un cas particulier d’ondes électromagnétiques comprises dans une plage de fréquences bien définie, comme indiqué dans le tableau ci-dessous).

La fréquence d’un champ électromagnétique (cf "Fréquence d’une onde "ci-dessus) est le nombre de variations du champ par seconde.
Elle s’exprime en hertz (Hz) ou cycles par seconde, et s’étend de zéro à l’infini.

Une classification simplifiée des fréquences est présentée ci-après, avec quelques exemples d’applications.

FréquenceGammeExemples d’applications
0 Hz Champs statiques Électricité statique
50 Hz Extrêmement basses fréquences (ELF) Lignes électriques et courant domestique
20 kHz
(1 kHz = 1000 Hz)
Fréquences intermédiaires Écrans vidéo, plaques à induction
88 – 107 MHz
(1 MHz = 1000 kHz)
Radiofréquences Radiodifusion FM
300 MHz – 3 GHz
(1 GHz = 1000 MHz)
Radiofréquences micro-ondes Téléphonie mobile
400 – 800 MHz Téléphone analogique (Radiocom 2000), télévision
900 MHz et 1800 MHz GSM (standard européen)
1900 MHz – 2,2 GHz UMTS
2400 MHz - 2483.5 MHz Four à micro ondes, Wifi, Bluetooth
3 – 100 GHz Radars Radars
385 – 750 THz
(1 THz = 1000 GHz)
Visible Lumière, lasers
750 THz — 30 Phz
(1 PHz = 1000 THz)
Ultra-violets Soleil
30 PHz — 30 Ehz
(1 EHz = 1000 PHz)
Rayons X Radiologie
30 EHz et plus Rayons gamma Physique nucléaire

L’intensité d’un champ électro-magnétique peut être exprimée à l’aide de différentes unités:

  • pour le champ électrique, le volt par mètre (V/m);
  • pour le champ magnétique, le tesla (T)

Rayonnement électromagnétique

Les rayonnements électromagnétiques, qui comprennent également les ondes radio et la lumière, sont une perturbation du champ électromagnétique.

Ondes Wi-Fi

Les ondes du Wi-Fi (mais également du téléphone portable, du téléphone sans-fil DECT et du Bluetooth) sont des micro-ondes pulsées en basses fréquences.
Le Wi-Fi émet des ondes de fréquences extrêmement basses (extremely low frequencies), qui sont "pulsées par saccades".

Micro-ondes pulsées

Ce sont des ondes émises par multipulsation chaotique, sans rythmes.

Radiofréquences

Les technologies dites de "radiofréquences" utilisent des champs électromagnétiques dont la gamme de fréquences est comprise entre 10 kHz et 300 GHz (cf Tableau ci-dessus) pour la diffusion radio et les télécommunications.

Hyper fréquences

On appelle hyper-fréquences les ondes électromagnétiques à très haute fréquence (300 MHz à 300 GHz) générées par les émetteurs TV et radio, les stations relais de téléphonie mobile, les téléphones portables, les téléphones sans fil, la technologie Bluetooth, la wi-fi, les fours micro-ondes…

Extrêmement basse fréquence

Le rayonnement "extrêmement basse fréquence" ou ELF, (Extremely Low Frequency en anglais) est la bande de rayonnement électromagnétique (radiofréquences) comprise entre 3 et 30 Hz..

Ces ondes se propagent dans l'air, l'eau de mer et peuvent pénétrer des distances importantes dans la roche et le sous-sol. Les tissus vivants y sont aussi perméables: un organe ou tissus interne est donc exposé au même champ que s'il était situé à l'extérieur du corps.

Des ondes ELF naturelles sont présentes sur Terre, créées par les éclairs de foudre qui déclenchent l’oscillation des électrons de l’atmosphère.
De tels champs peuvent également être induits par les lignes à haute tension ou les gros transformateurs.

 

Mesure d'atténuation de la propagation: les décibels

Propagation des ondes radio

Les ondes radio (généralement appelées RF pour Radio Frequency) se propagent en ligne droite dans plusieurs directions. La vitesse de propagation des ondes dans le vide est de 3.108 m/s.
Dans tout autre milieu, le signal subit un affaiblissement dû à la réflexion, la réfraction , la diffraction ou l'absorption.

Absorption des ondes radio

Lorsqu'une onde radio rencontre un obstacle, une partie de son énergie est absorbée et transformée, une partie continue à se propager de façon atténuée et une autre partie peut éventuellement être réfléchie. On appelle atténuation d'un signal la réduction de la puissance de celui-ci lors d'une transmission.

L'atténuation est mesurée en bels dont le symbole est B. On préfère généralement utiliser le décibel (dont le symbole est dB) et correspond à un dixième de la valeur en Bels.

Lorsque la mesure est positive on parle d'amplification, lorsqu'elle est négative on parle d'atténuation. Dans le cas des transmissions sans fil il s'agit plus particulièrement d'atténuations.

L'atténuation augmente avec l'augmentation de la fréquence ou de la distance. De plus lors de la rencontre avec un obstacle, la valeur de l'atténuation dépend fortement du matériau composant l'obstacle. Généralement les obstacles métalliques provoquent une forte réflexion, tandis que l'eau absorbe le signal.

Réflexion des ondes radio

Lorsqu'une onde radio rencontre un obstacle, tout ou partie de l'onde est réfléchie, avec une perte de puissance.
L'affaiblissement de la puissance du signal est en grande partie du aux propriétés des milieux traversés par l'onde.

MatériauxAffaiblissementExemples
Air Aucun Espace ouvert, cour intérieure
Bois Faible Porte, plancher, cloison
Plastique Faible Cloison
Verre Faible Vitres non teintées
Verre teinté Moyen Vitres teintées
Eau Moyen Aquarium, fontaine
Etres vivants Moyen Humains, animaux, végétataux
Briques Moyen Murs
Plâtre Moyen Cloisons
Céramique Elevé Carrelage
Papier Elevé Rouleaux de papier
Béton Elevé Murs porteurs, étages, piliers
Verre blindé Elevé Vitres pare-balles
Métal Très élevé Blindages métalliques, Béton armé, armoire métallique, cage d'ascenseur
Tableau d'atténuation selon différents matériaux

Biocompatibilité

La biocompatibilité est la capacité des matériaux à ne pas interférer, ne pas dégrader, le milieu biologique dans lequel ils sont utilisés. Il importe de distinguer biocompatibilité et tolérance.
Un matériau est biocompatible DE PAR SA NATURE.
On parle alors de Matériau biocompatible (biomatériau)