Septembre 2008

Radiocommunications,Effets Biologiques et Normes

André Vander Vorstprofesseur ém UCL Hyperfréquences

Table des matières

1. Grandeurs physiques2. Effets pris en compte dans normes3. Effets biologiques4. Normes/recommandations internationales5. Critique des recommandations OMS/ICNIRP6. Conclusion

• champ distribution spatiale d'une grandeur physiqueensemble des valeurs de température en tout point d'un localensemble des valeurs de champ électrique, magnétique ou électromagnétique

• fréquence répétition par seconde mesurée en hertzhertz Hz, kilohertz kHz, mégahertz MHz, gigahertz GHz, (térahertz THz)

• longueur d’onde x fréquence = constantelongueur d'onde plus petite si fréquence élevée

• constante vitesse de phase dans milieu considérédans vide : vitesse de la lumière = 300.000 km/slongueur d'onde dans vide 6.000 km à 50 Hz

3 m à 100 MHz33.3 cm à 900 MHz3 cm à 10 GHz3 mm à 100 GHz

longueur d’onde plus petite dans corps humain (facteur 1/9 à 900 MHz)

1. Grandeurs physiques

• rayonnements ionisantsfréquences très élevées rayons X, ...

• rayonnements non ionisantsfréquences plus basses radio, micro-ondes, infrarouge, visible

micro-ondes (microwaves) ou hyperfréquences“famille” de fréquencesfréquence 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 quedimension objets couramment utilisés

mètre, décimètre, centimètre, millimètre

théories, techniques et méthodes de mesure particulièreseffets particuliers, notamment biologiques ?

• champ électrique (E) V/m se propagechamp magnétique (H) A/m se propagechamp électromagnétique (E et H) se propage (RF, micro-ondes)densité de puissance (S) W/m2 se propagepuissance (P) W intégrée sur surface

• champ rayonné varie en 1/rdensité de puissance rayonnée varie en 1/r2

r = distance à partir de la source

• pour rayonner antennerayonnement d’autant plus efficace que fréquence élevée

• gain d’antenne dépend de la directiondiagramme de rayonnement G()normalisé : rapport densité de puissance émise / répartition isotrope

mesuré en dB (decibels) 10log10 gain 1 dB 0 isotropegain 10 dB 10gain 100 dB 20

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

• plupart des normes basées sur effet thermiqueaddition de puissances dans bande de fréquences donnéechamp "équivalent" = racine carrée de la somme des puissancesen général exprimées en champ E équivalent à une certaine fréquence

• absorption : chauffage interne bien connuTaux d’Absorption Spécifique (TAS) W/kg

SAR Specific Absorption Ratewatts de puissance absorbée par kilo de matière absorbantematière 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 impulsionseffets détectables à niveau plus faible que ondes à caractère continu

2. Effets pris en compte dans normes

micro-ondes (RF) : rayonnements non ionisants

• gamme de fréquences arrêté royal belge 10 MHz - 10 GHzordonnance Bxl 0.1 MHz - 300 GHz

• applicabilitépas toujours la même"seulement GSM" ou "tout sauf" : peut être très différent

• grandeurs physiques citéesSAR pas heureux : interne, non mesuréchamp électrique E "facile" à mesurer aux micro-ondes

mesuré en absence d’être humaindensité de puissance S grandeur absorbée en partiechamp magnétique H difficile à mesurer aux micro-ondes

• deux conceptsémission puissance émise par antenneimmission ambiance globale, due à tous émetteurs

• variable importantedurée de mesure sur laquelle on moyenne le résultat : "6 minutes"1 minute est une bonne approximation

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 vivantsutilité clinique

tension électrique : reconstitution os, cartilages, tissus

applications médicales micro-ondes

effets pathogènes éventuels sur êtres humains et animaux

3. Effets biologiques

• effets diélectriques caractérisés par permittivité• plus particulièrement permittivité relative

compare la permittivité d’un matériau à celle du vide‘’constante diélectrique’’

• pour tissu vivanttrès élevée à très basse fréquence

1 à 10 millions à 50 Hz due au caractère vivant du tissuélevée aux radiofréquences sang à 3 MHz : environ 2.000micro-ondes permittivité relative = celle de l’eau

décroît depuis environ 80 à partir de 0.5-1 GHzvaut … 3 - 4 … aux fréquences millimétriques élevées

• propagation : présence de R, L, C dans corps humain

3.2 Caractérisation des tissus biologiques

• 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 peaueffet 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

(1) OMS, ICNIRP, Union européennene pas dépasser 41.2 V/m

(2) plusieurs gouvernements européens plus exigeantsBelgique : 20.6 V/m

Italie : 20 V/m ou 6 V/m, d’après la durée d’expositionSuisse : 6 ou 4 V/m, d’après la durée d’expositionLuxembourg : 3 V/m

(3) effets sur barrière sang-cerveau (BBB)certains effets positifs observés à 0.016 W/kg, soit 18 V/m

(4) effets isothermes ou microthermiquesau moins 100 (en puissance) soit 4 V/m

(5) études épidémiologiques : exposition TV/FMdeux études/quatre : doublement taux leucémie de 2 à 4 V/m

(6) 1998, notre recommandation a été : 3 V/mRégion wallonne, Région bruxelloiseil s’agit d’une valeur maximumtient compte de toutes émissions 10 MHz - 10 GHz

profondeur de peau

distance [cm]

relative absorbed

power

• 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 peausignaux 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

3.4 Système nerveux

• membranes cellulaires : site primaire interaction champs TBFamplification signaux faibles associés à divers mécanismes

flux ions (Ca++) jouent rôle primordial dans amplification stimulus

• effet de micro-ondes sur molécules diverses a été analyséaccent 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 cellulaireSAR à endroits proches (nm) peuvent différer

W/m3 : 10 à 100 fois supérieure à environnement cellulaire

effet biologique dû à production de chaleur préférentielle ?

3.5 Cellules, membranes, molécules

• dommages à cornée observés à SAR 2.6 W/kg, 2.45 GHzaprès 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 médicamenteuxmesuré 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 sensiblesi absorbe médicament contenant opioïdes (réduire stress)possible que celui-ci accentue sensibilité aux micro-ondes ?

3.6 Influence de médicaments

• effets "non thermiques" micro-ondes : vieille controverse• la question n’est pas innocente

pas seulement scientifiqueaussi politique et commerciale

accepter existence effets non thermiquesimplique 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 thermiquescomme biologiquement significatifs"

(1971 : normes soviétiques 1.000 fois plus rigoureuses que les occidentales)

• opinion personnelle : éviter le mot "non thermique""définition" négative ≠définition

3.7 Effets microthermiques et isothermes

• effets microthermiques:champ ém très faible peut créer effet biologique significatifen jouant le rôle de "gâchette" (trigger)

• exemple : système visuel, sensibilité proche de limite théoriqueentre énergie d’un quantum de lumière et impulsion nerveuse :

gain de plus d’un millionquantum agit comme gâchette pour impulsion nerveuseénergie de celle-ci fournie par le système biologique

• théorie (Fröhlich) : possibilité de déclencher desexcitations cohérentes puissantes

de membranes cellulairessous l’effet d’actions non cohérentes, faibleslorsque certaines conditions sont réunies

Effets microthermiques

• exemple : luminescence, énergie luminescentepeut être plus grande que énergie d’excitation absorbée

aux dépens de énergie thermique matériau

• il en résulte refroidissement du matériaucar l’énergie d’excitation, ordonnée

est transformée en énergie luminescente, moins ordonnée

souvent appelé refroidissement optique

• théorie vérifiée sur cristaux luminescents

• biologique : lucioleémet énergie luminescente dans le noir

par transformation de l’énergie lumineuse reçue de jour

• luminescence démontrée sur interface air - tissu humainsur interface air - eau et interface air - tissu humain

mesures faites sur eaux diversement salées

Effets isothermes (température constante)

• novembre 2004 : TNO étude effets GSM sur comportementrésultat positif, à approfondir, échantillon trop petit

• décembre 2004 : Reflex étude européenne sur cellule vivantea montré effets positifs sur ADN

• avril 2005 : étude danoise sur cancerplus de 1.000 personnesrésultat 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 cancer1.400 personnes à tumeur et 1.400 personnes sainesrisque plus élevé à la campagne, lié à antennes plus disséminées

etimpliquant donc usage de puissances plus élevées

• août 2007 : étude suisse concernant effet UMTS sur comportementexpositions espacées d’une semaine : résultat négatif

3.8 Études épidémiologiques

(1) OMS, ICNIRP, Union européenne41.2 V/m

(2) certains gouvernements européens plus exigeantsBelgique : 20.6 V/m

Italie : 20 V/m ou 6 V/m, d’après la durée d’expositionSuisse : 6 ou 4 V/m, d’après la durée d’expositionLuxembourg : 3 V/m

(3) effets sur barrière sang-cerveau (BBB)certains effets positifs observés à 0.016 W/kg, soit 18 V/m

(4) effets isothermes ou microthermiquesau moins 100 (en puissance) soit 4 V/m

(5) études épidémiologiques : exposition TV/FMdeux études/quatre : doublement taux leucémie de 2 à 4 V/m

(6) 1998, notre recommandation a été : 3 V/mRégion wallonne, Région bruxelloiseil s’agit d’une valeur maximumtient compte de toutes émissions 10 MHz - 10 GHz

4. Tableau de normes et recommandationsvaleurs limites pour grand public, V/m équivalent à 900 MHz

(7) 2001 et 2006, CSH/CSS belge : 3 V/m + ALARA en 2006facteur 50 en puissance par rapport à norme belgeeffets autres que thermiques ("T" réduit de 0.02°C à 0.0004°C)valeur maximumtient 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 journe porte que sur GSM

(9) juin 2000, Ville de Salzbourg : 0.6 V/minitialement valeur moyenne par an ne porte que sur GSM (UMTS?)

(10) 2007-2009, Bruxelles : 3 V/mtoutes émissions publiques, très large bandevaleur maximum

rapport entre valeurs extrêmes de champ électrique41.2/0.6 = 68.7 70

rapport entre valeurs extrêmes de puissance(41.2/0.6)2 = 4720 5000

• grande variétédifférence de sensibilité des populationsdifférence 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’huiqu’on ne saura que plus tard s’ils se produisent

exemple : canceraprès apparition d’une nouvelle cause possible de canceril faut au moins …10…15… 20 ans pour tumeurs

décelablesGSM introduit 01.01.1994 et explosé 1997-1999attendre 2015+ pour constater tumeurs détectables

5.1 Organisation Mondiale de la Santé (OMS)

• texte initial 1993 (p.21, 1.1.6.1)

In normal thermal environments

an SAR of 1-4 W/kg for 30 minutes producesaverage body temperature increases of less than 1°Cfor healthy adults

• ce texte établit safety factor de 50 pour grand public (p.23, 1.1.7.1)

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

5. Critique recommandations OMS / ICNIRP

5.2 ICNIRP

• ICNIRP 1998 maintient cette recommandation pourfacteur sécurité 50 calculé à partir de 4 W/kgexposition 24 h/24 et non 30 minutestout 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 : correctramène le T à 0.02°C : élimine l’effet thermique

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

aujourd’hui, il y a essentiellement deux opinions

elles ne sont pas seulement différenteselles sont contradictoires, irréductibles: il faut choisir !

• opinion des uns :il n’y a pas lieu d’établir des normes plus rigoureusestant 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 rigoureusestant qu’il n’est pas prouvé qu’il n’y a pas d’effets pathogènes

mon opinion personnelle :on manque grandement de prudence !

6. Conclusion