Les télécommunications utilisent les ondes électromagnétiques guidées ou non pour transmettre les informations. Ces dernières nécessitent la mise en place d’antennes de différentes formes et de différentes longueurs suivant l’application concernée. Cependant, ces formes et ces longueurs ne sont pas choisies au hasard puisque le diagramme de rayonnement en dépend. Or, la transmission de l’information par l’intermédiaire des télécommunications est devenue une pratique courante dans diverses sphères de l’activité économique et constitue un aspect important de la gestion de l’information, aussi bien stratégique qu’opérationnelle. Elle s’appuie sur la propagation des ondes électromagnétiques.
C’est en 1864 que J.C Maxwell parvint à établir les équations [1] qui portent son nom. Ses idées furent ensuite reprises et explicitées par Heaviside, Hertz et Sommerfeld [2]. En fait, l’étude de Maxwell est basée sur les ondes électromagnétiques et celle de Hertz sur les antennes.
Les antennes constituent les éléments les plus visibles des systèmes de radiocommunications, et par là sans doute les plus familiers du grand public, qu’il s’agisse des pylônes des stations émettrices de radiodiffusion ou de télécommunications en ondes longues et moyennes, des nappes de fil utilisées en ondes courtes, des réseaux de dipôles que la télévision multiplie à l’infini sur tous les toits, des cornets et réflecteurs paraboliques qui sont accrochés au sommet des tours hertziennes ou qui explorent le ciel à la poursuite d’avions, d’engins ou de satellites.
Spectre des ondes électromagnétiques
Le spectre des ondes électromagnétiques est divisé en plusieurs catégories: les ondes électriques, les ondes hertziennes, les rayons IR, les rayons UV, les rayons X, les rayons γ et les rayons cosmiques. Mais les ondes hertziennes sont les plus utilisées en communication.
On désigne par champ électromagnétique les ondes électromagnétiques à basse fréquence et par rayonnement électromagnétique les ondes à très haute fréquence. Selon leur fréquence et leur énergie, les ondes électromagnétiques peuvent être classées parmi les rayonnements ionisants ou les rayonnements non ionisants. Les premiers sont des ondes de fréquence extrêmement élevée (rayons X et γ) qui ont suffisamment d’énergie pour produire une ionisation en cassant les liaisons atomiques à l’intérieur des molécules qui forment les cellules. Le terme «rayonnements non ionisants » est un terme général qui désigne la partie du spectre électromagnétique où l’énergie des photons est trop faible pour provoquer la rupture des liaisons atomiques. Parmi eux, il y a le rayonnement UV, la lumière visible, le rayonnement IR, les radiofréquences et les micro-ondes, les champs à fréquence extrêmement faible (ELF), ainsi que les champs électriques et magnétiques statiques.
Ondes électromagnétiques et santé
Paramètres influents
Toute matière vivante contient des charges électriques (ions, molécules…) et des matériaux isolants. Quand le tissu est soumis à un champ électromagnétique surtout en radiofréquence, une partie du champ est réfléchie, et l’autre pénètre dans l’organisme. Le rayonnement produit par cette interaction doit être quantifié parce qu’il peut être à l’origine d’effets biologiques.
Dans les tissus, le champ électrique peut déplacer les charges libres comme les ions, ou orienter des molécules polarisées comme les acides aminés. Le milieu exposé génère alors des forces de réaction proportionnelles à sa viscosité. Une partie de l’énergie électromagnétique est ainsi transformée en chaleur (effet thermique).
Le champ qui pénètre à l’intérieur des tissus peut être calculé à l’aide de modèles électromagnétiques. La dose d’énergie absorbée par transformation en chaleur est quantifiée par la puissance absorbée par unité de masse de matière biologique exposée. Elle est définie par le Débit d’Absorption Spécifique (D.A.S) ou par le Taux d’Absorption Spécifique (T.A.S). Le niveau de champ correspondant à un D.A.S donné peut être calculé lorsqu’un organisme de caractéristiques déterminées se trouve exposé en entier et à une distance suffisante de la source appelée « champ lointain ». Cette méthode, pertinente pour la caractérisation de l’exposition du public aux champs des stations de base, n’est pas facile à appliquer lorsque le système biologique exposé se trouve près de la source (condition dite «de champ proche »), ce qui est le cas lors de la communication avec un téléphone mobile. L’estimation de la puissance absorbée nécessite alors le recours à des méthodes de modélisation complexes.
Le T.A.S représente la vitesse de transfert de l’énergie de l’onde dans la matière. Et, la constante diélectrique de cette matière conditionne la perte d’énergie de l’onde. Si cette constante est élevée, il y a une forte perte d’énergie et cela se traduit par une faible pénétration de l’onde et un échauffement . C’est le cas de l’eau, ainsi que des muscles et de la peau. Par contre, si elle est faible, l’onde pénètre plus profondément dans la matière mais l’échauffement reste minime (cas des os ou de la graisse).
Le T.A.S. peut être mesuré ou calculé. En fait, il dépend de la densité de puissance, de la fréquence f de l’onde incidente, de la taille L et de la masse M du sujet, de sa pilosité, de son orientation, de la nature de l’exposition, de la température et de l’humidité du milieu.
Effets des rayonnements
– Les rayonnements non ionisants, même à forte intensité, ne peuvent provoquer d’ionisation dans un système biologique. Toutefois, ils peuvent avoir d’autres effets, par exemple, provoquer un échauffement, modifier des réactions chimiques ou induire des courants électriques dans les tissus et les cellules.
Les ondes électromagnétiques peuvent parfois, mais pas toujours, conduire à des effets nocifs pour la santé. En fait, un effet biologique se produit lorsque l’exposition à ces ondes provoque un changement physiologique notable ou détectable. Et l’effet nocif intervient lorsque l’effet biologique dépasse les possibilités de compensation normale de l’organisme, ce qui entraîne une altération de l’état de santé.
Certains effets biologiques peuvent être anodins, comme l’activation de la circulation sanguine dans la peau en réponse à un léger échauffement sous l’effet du soleil. D’autres peuvent être agréables, comme la sensation de chaleur que l’on ressent au soleil par une journée fraîche, ou même positifs pour la santé, comme la production de vitamine D par l’organisme, qui est favorisée par l’exposition au soleil. Mais certains peuvent aussi être néfastes, comme les coups de soleil ou les cancers de la peau.
– Les champs RF provoquent un échauffement et une induction de courants électriques. Leur principal effet pour une fréquence supérieure à environ 1 MHz est l’échauffement dû au déplacement d’ions ou de molécules d’eau dans le milieu qu’ils traversent. Même des champs RF de très faible énergie provoquent un léger dégagement de chaleur, mais celle-ci est éliminée par le processus normal de thermorégulation de l’organisme, sans que le sujet s’en aperçoive. Une exposition à des champs RF trop faibles peut avoir des conséquences néfastes pour la santé, notamment en provoquant des cancers et des pertes de mémoire. Quant aux champs RF de fréquence inférieure à 1 MHz, ils induisent des charges et des courants électriques qui peuvent stimuler les cellules de certains tissus comme les nerfs et les muscles. Des courants électriques circulent dans l’organisme du fait des réactions chimiques normales qui se déroulent dans tout être vivant. Si les champs RF induisent des courants nettement supérieurs à ce niveau de fond, il peut en résulter des effets néfastes sur la santé.
– Les champs ELF induisent sur les systèmes biologiques des charges et des courants électriques. Il est peu probable que ce mécanisme explique les effets attribués aux champs ELF rencontrés dans l’environnement, comme la survenue de cancers chez les enfants. Ces charges ELF existent chaque fois qu’une charge électrique (tension) est présente, que le courant circule ou non. Cependant, le champ électrique ne pénètre pratiquement pas dans le corps humain. Lorsque son intensité est très élevée, il peut être perçu par le mouvement des poils sur la peau.
– Un effet des micro-ondes existe à forte dose, il s’agit de l’effet thermique : l’échauffement des tissus par dissipation de l’énergie irradiée. C’est cet effet, optimalisé à 2.450 MHz, qu’ on utilise dans les fours à micro-ondes. Cet effet thermique est maintenant bien connu et les normes couramment admises sont largement suffisantes pour minimiser les doses d’irradiation. Mais ceci ne veut pas dire que l’effet pervers de ces ondes soit uniquement d’ordre thermique. D’autres effets, plus pernicieux, ont été constatés à des doses beaucoup plus faibles. Ce sont ceux-là qui sont niés a priori par certains, car trop dérangeants.
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