Onde électromagnétique

Qu’est-ce qu’une onde électro-magnétique ?

Sa fréquence, son intensité, ses différents types, son interaction avec le corps...

«Pour se représenter ce qu’est une onde électromagnétique, il faut imaginer un caillou lancé dans l’eau...»

Ce sont les premiers mots de Joe Wiart lorsqu’on lui demande de définir ce qu’est une onde. Ingénieur du Corps interministériel des télécommunications, Docteur en physique de l’université Paris VI et de l’Ecole nationale supérieure des télécommunications, ce scientifique et fin pédagogue est depuis plus de quinze années le directeur de l’unité de recherche de France Télécom sur l’interaction des ondes électromagnétiques et du corps humain.

C'est donc tout naturellement qu'il nous éclaire sur qu'est une onde...

Quand on jette un caillou dans l'eau, commence-t-il, on voit se former une vague qui se déplace. Si on le lance plusieurs fois, on voit se transmettre dans l'eau une information sous forme de vagues, vagues qui vont se propager en s'éloignant du point d'impact. La même chose se passe avec le son, la voix par exemple. C'est une onde acoustique qui se propage et dont on arrive à diriger le flux. On parle fort ou l'on chuchote, on se tourne ou l'on reste face à son interlocuteur... Dans le cas d'une onde électromagnétique, il s'agit d'une énergie qui va se déplacer de la même manière mais sans avoir besoin d'un milieu matériel...

La fréquence de l'onde

La première onde électromagnétique que l'on voit, et qui elle aussi n'a pas besoin de milieu matériel puisqu'elle traverse l'espace, c'est la lumière.

Sa première clef de définition est la fréquence. Une onde de lumière oscille : elle a un champ électrique et un champ magnétique couplés deux à deux. Comme la lumière ou l'onde qui se propage à la surface de l'eau, l'onde électromagnétique va se propager dans l'espace sous cette forme oscillatoire. Dit autrement : si l'on met un bouchon en haut de la vague, qu'on regarde combien de fois ce bouchon passe du haut vers le bas et revient à sa position initiale, on va obtenir le nombre d'oscillations par secondes, c'est-à-dire de Hertz... On obtient ainsi la fréquence.


Une onde radio est formée de deux composantes : un champ électrique E et un champ magnétique H.

Si vous lancez un caillou sur ce bouchon, une onde va se former, le bouchon va monter et descendre au rythme de sa fréquence, mais il devrait rester au même endroit... Une onde va réellement se déplacer à la surface de l'eau mais le bouchon, lui, va monter et descendre tout en restant sur la même verticale ! C'est ça le principe de l'onde électromagnétique : on ne déplace pas de la matière, mais en revanche on déforme localement le substrat dans lequel se joue l'oscillation.

Une onde de très grande fréquence, autrement dit de haute fréquence, va donc se déplacer plusieurs centaines de millions de fois chaque seconde. Si l'on pouvait par exemple visualiser le champ électrique d'un téléphone cellulaire GSM 900 en un point, on verrait à chaque seconde 900 millions de fois ce champ changer de polarisation !

L'intensité

Il y a d'une part la fréquence de l'onde, et d'autre part son intensité ou sa puissance qui s'apparentent, par exemple, à la force avec laquelle on va crier.

Prenons l'analogie d'un phare, explique Joe Wiart, d'un signal lumineux de couleur rouge sur la mer, cette couleur bien précise serait en quelque sorte sa fréquence. Mais cette lumière est plus ou moins puissante, on l'a verra de plus ou moins loin, en fonction du point où l'on se trouve, et ça, c'est l'intensité ! S'agissant des ondes acoustiques, je peux parler plus ou moins fort, je suis capable de moduler la puissance que je transporte dans l'onde tout en restant à la même fréquence.

Il faut donc dissocier fréquence d'émission et puissance d'émission... Les ondes émises par les systèmes radioélectriques travaillent, si l'on peut employer ce terme, avec ces deux paramètres distincts. C'est-à-dire que l'on va avoir une antenne qui, tout en travaillant à la même fréquence, va pouvoir émettre plus ou moins fort ou plus ou moins loin. Et c'est toute la difficulté, toute la confusion qui existent aujourd'hui entre les antennes-relais et les mobiles. Ils n'émettent pas aux mêmes puissances. Il y en a qui sont loin, il y en a qui sont tout près du corps, ils utilisent pour autant les mêmes bandes de fréquence... Pas exactement les mêmes, puisqu'il y a les voies montantes et les voies descendantes - il faut bien discriminer ce qui arrive et ce qui est émis par un téléphone et ce qui est reçu. Mais globalement, on peut utiliser la même bande de fréquence avec des puissances différentes.

Concrètement, pour reprendre notre exemple, un phare émet une lumière d'une intensité énorme ! Mais quand on est en bateau, suivant la localisation, on le perçoit comme un gros ou un tout petit point. On voit bien que la puissance que je reçois n'est pas équivalente à la puissance qui est émise. Suivant la localisation, il y a donc une décroissance. Plus on est loin, moins on reçoit. Et plus le signal qu'on envoie couvre un secteur important, plus il y a décroissance, et plus l'énergie globale répartie dans le secteur va baisser. Il faut donc dissocier fréquence et puissance.


Lumière de phare.

Les différents types d'onde électromagnétique

En matière de télécommunications, Il faut d'abord distinguer les ondes qui sont ionisantes et celles qui ne le sont pas. Les ondes ionisantes ont en elles-mêmes suffisamment d'énergie pour casser des liaisons atomiques. C'est, par exemple, la lumière du soleil qui est capable de créer des mélanomes, soit la plus grave des tumeurs de cancer de la peau. À l'inverse, les ondes non-ionisantes, comme les radiofréquences, dont en particulier celles des téléphones, n'ont pas assez d'énergie, en termes de photons, pour pouvoir casser des liaisons atomiques. Donc on a, d'un point de vue santé, une gamme de fréquences qui est non-ionisante, non-mutagène, et des ondes ionisantes qui sont au contraire structurellement mutagènes.

D'autre part, s'agissant des télécoms, il y a un premier principe : plus on va monter en fréquence, plus il va être nécessaire d'augmenter le débit. Par conséquent, plus les fréquences sont élevées, plus on aura des bandes allouées importantes, permettant des débits très importants...

Ceci étant posé, on peut très succinctement distinguer plusieurs types d'ondes. On a ce qui est radio grandes ondes, de l'ordre des KHz. On passe ensuite à 27 MHz - les talkies walkies - puis à la FM autour de 100 MHz. Après, on tombe sur tout ce qui est télévision, type Canal +, à 200 MHz. Puis on trouve les réseaux spécifiques, de police ou autres réseaux privés, autour de 400 MHz. Ensuite, outre un certain type d'onde télé à 800 MHz, c'est le GSM 900, à 900 MHz donc, et des types d'utilisations ciblées, dédiées à l'armée par exemple, puis les réseaux GSM 1800. Après, on monte, avec l'UMTS, à 2,1 GHz, et à 2,4 GHz avec le Wi-Fi. Enfin, on va se retrouver sur des évolutions à 3,6 GHz, 5,8 GHz, qui sont des mélanges, soit du Wi-Fi plus haute fréquence, soit du WiMax... Et on a pour terminer des systèmes très hautes fréquences qui vont plutôt être utilisés dans des systèmes de point à point, qui sont vraiment comme des fils, mais comme des fils invisibles.

Le corps humain absorbe une partie des ondes

Quand une onde arrive sur un objet, un mur par exemple, une partie de l'énergie qui est transportée par cette onde va se réfléchir et une autre va être absorbée. C'est la même chose pour le corps humain. Une partie de l'énergie va se réfléchir, une autre, en fonction des tissus mais aussi de la fréquence, va être absorbée par le corps.

L'énergie absorbée par tout ou partie du corps se mesure avec un «objet» qu'on appelle le Débit d'absorption spécifique ou DAS, qui correspond à l'énergie absorbée par les tissus par unités de masse.
Toutes les normes et recommandations qui existent aujourd'hui sont basées sur cet élément de quantification des ondes absorbées, soit pour le corps entier, soit pour un point local de ce même corps.

Suivant les fréquences et d'autres éléments comme la source d'émission des ondes électromagnétiques, le corps dans sa globalité va absorber plus ou moins d'énergie. On parle alors de DAS corps entier.
Si le corps, pesant 10 kilogrammes, absorbe 4 Watt, le débit d'absorption spécifique sur l'ensemble du corps sera de 0,4 Watt, on divise par 10.
Selon les normes telles que définies par les organismes agréés, et ce quel que soit le système radioélectrique mis en œuvre, une personne exposée aux ondes électromagnétiques ne doit pas absorber globalement plus de 0,08 Watts par kilogramme.

Localement, on va aussi définir un DAS pour quantifier des formes d'exposition. On parle alors de DAS local, qui est le DAS «moyenné» sur 10 grammes.
Selon les normes actuellement en vigueur, une personne ne doit pas absorber plus de 2 Watts par kilogramme.

Cette double quantification, globale et locale, est indiquée obligatoirement sur chaque notice d'utilisation de téléphone. Elle permet de voir, pour chaque téléphone, la mesure qui a été réalisée du DAS (en anglais SAR : Specific Absorption Rate), et par conséquent de vérifier le degré d'absorption d'énergie local comme global...

Le corps entier absorbe plus facilement des basses fréquences...

Le corps humain, vu sa taille, a tendance à absorber plus facilement les ondes de relativement basses fréquences, c'est-à-dire autour de 100 MHz. Pour la raison suivante : à 100 MHz, la longueur d'onde est d'environ 3 mètres. Une demie longueur d'onde, c'est environ 1,50 mètre, ce qui correspond grosso modo à la taille d'un homme «en pleine extension», à l'image d'une antenne FM en pleine extension posée sur un sol conducteur. Dans cette zone, le corps humain dans son ensemble va avoir tendance à être plus absorbant.

Les niveaux de protection vont donc être situés plus bas pour assurer une meilleure protection. Les normes sont aujourd'hui de 28 Volts par mètre dans la zone des 100 MHz, alors que dans la zone au-dessus de 2 GHz, puisque les hautes fréquences sont moins absorbées, on a une limite de protection de 60 Volts par mètre. Bref, quand l'onde a une fréquence que le corps dans son entier absorbe beaucoup, il faut plus le protéger. Mais ce n'est la vérité que du corps en son entier...

... Et en local, le tissu humain absorbe plus les ondes à haute fréquence

Maintenant, si l'on observe le comportement local d'un tissu exposé à des ondes électromagnétiques, on s'aperçoit qu'il va plus absorber à haute fréquence qu'à basse fréquence... Donc, ça donne deux comportements : du côté de 100 MHz, c'est l'absorption «corps entier» qui va être favorisée, et quand on va monter en fréquence, ce sont les tissus périphériques qui vont absorber le plus. Par exemple, les émissions d'un téléphone GSM 1800, à 1800 MHz, seront en vérité plus absorbées par les couches périphériques de la peau en contact avec l'appareil que celles d'un téléphone GSM 900.


Degré d’absorption spécifique au niveau local d’un téléphone GSM 900, GSM 1800 ou UMTS (3G), dont la fréquence est de l’ordre de 2,1 GHz.

Écouter notre entretien avec Joe Wiart

Le scientifique Joe Wiart nous explique ce qu’est une onde électromagnétique.

Durée : 23mn Télécharger

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