CHAMPS ELECTROMAGNETIQUES

LES CHAMPS STATIQUES

Il existe deux types de champs statiques : les champs electriques statiques (ou champs electrostatiques) et les champs magnetiques statiques. Leur frequence est nulle et leur longueur d’onde infinie puisqu’ils ne varient pas dans le temps (OMS, 2006). L’intensite du champ electrique statique s’exprime en V/m et le champ magnetique statique en A/m que l’on associe souvent a l’induction magnetique exprimee en Tesla ou anciennement en Gauss (1 gauss correspond a 10-4 tesla). On retrouve ces deux champs naturellement sur Terre : 10 a 150 V/m pour le champ electrique et 30 a 70 μT pour le champ magnetique. Plus on s’eloigne de ces champs, plus leur intensite et leur induction magnetique diminuent (ICNIRP, 2009). La principale utilisation ≪ a risque ≫ de ces champs a lieu pour l’imagerie par resonance magnetique (IRM) utilisee a des fins diagnostiques medicales. Dans ce cas, le champ magnetique statique possede une valeur de plus de 100000 fois superieure a la valeur du champ naturel terrestre.

Cas de l’imagerie par résonance magnétique L’imagerie par resonance magnetique ou IRM est une technique de diagnostic medical utilisant les proprietes magnetiques de l’atome d’hydrogene, plus precisement de son ion H+ present dans les molecules d’eau. En effet, le corps humain etant constitue pour 60 a 80% d’eau, l’atome d’hydrogene y est present dans sa quasi-totalite. L’ion H+ est compose d’un noyau constitue d’un proton tournant sur lui-meme. Ce proton etant charge electriquement positivement et etant en mouvement, il provoque l’apparition d’un champ magnetique. Le moment magnetique induit appele μ depend d’une part du spin (I) qui est un sens de rotation du proton et d’autre part de la constante gyromagnetique du proton γ selon : μ = γ.I Le moment magnetique est represente sous forme d’un vecteur, dans le meme axe que celui du sens de rotation du proton (figure 4).

Lors d’une seance d’IRM, le patient est place dans une cuve exposee a un puissant champ magnetique statique. Celui-ci est genere par un aimant supraconducteur baignant dans de l’helium liquide a -269°C, ce qui signifie qu’il y aura dissipation de la chaleur et que seul sera utilise le champ magnetique presentant une intensite allant de 0.1 a 7 Tesla, voire jusqu’a une douzaine de Tesla pour les IRM experimentaux. Une fois ce champ cree, les moments magnetiques de tous les ions hydrogene vont s’orienter dans le meme axe que celui du champ magnetique (figure 5). On expose ensuite le corps du patient a des radiofrequences specifiques sous forme d’impulsions permettant de sortir les moments magnetiques des protons de leur etat d’equilibre. Ainsi ils ne sont plus dans l’axe du champ magnetique, c’est le phenomene de resonance. Le retour a l’equilibre des atomes d’hydrogene apres chaque impulsion prendra plus ou moins de temps, et provoquera l’apparition de courants qui seront mesures par des capteurs. C’est le phenomene de relaxation (McRobbie DW, 2007). En fonction des resultats obtenus, et sachant que les differents tissus biologiques n’ont pas la meme densite en atomes d’hydrogene, on peut cartographier de maniere tres precise les differents tissus du corps humain (sauf les os et calcifications, ne contenant pas assez d’eau et donc pas assez d’atomes d’hydrogene). (Elster & Burdette, 2000)

Dosimétrie et effets sur la santé

En theorie, lors d’une analyse IRM, un champ magnetique de l’ordre du Tesla peut provoquer une legere hausse de la tension arterielle du patient mais qui reste suffisamment faible pour ne pas etre perceptible ou dangereuse. En effet, le champ magnetique peut influencer d’autres ions en mouvement (induction magnetique), ceci ayant pour effet de ralentir le flux sanguin. On appelle ce phenomene l’effet magnetohydrodynamique. A haute intensite, celui-ci provoquerait de legeres arythmies. Cependant, il n’existe pas d’etudes fiables pour confirmer ou non un risque reel pour la sante a ce niveau d’intensite (Lehericy, 2010). L’induction magnetique serait egalement responsable de nausees et de vertiges notamment lorsque le sujet est en mouvement. Certains patients ressentiraient egalement un gout metallique dans la bouche. Ces effets seraient dus a une perturbation des courants electriques presents dans des liquides de l’oreille interne (ICNIRP, 2014) (Dale C. Roberts, 2011). Pour les personnes portant des stimulateurs cardiaques, ceux-ci peuvent etre abimes, voire deplaces en presence de puissants champs magnetiques, mettant en danger la sante du patient. De plus, des signaux parasites peuvent etre emis, faussant les resultats de l’IRM. Sans oublier que tout element ferromagnetique soumis a un fort champ magnetique peut etre projete a grande vitesse et devenir potentiellement dangereux.

On appelle ca l’effet missile. En se basant sur ces etudes et sur l’intensite des champs, la Commission Internationale de Protection Contre les Rayonnements non ionisants (ICNIRP) a propose des valeurs limites d’exposition afin de limiter ces risques (ICNIRP, 2009). Cette commission considere qu’une densite de flux magnetique inferieure a 2 T est sans risque pour l’homme, et que cette limite peut etre augmentee jusqu’a 8 T en presence d’un personnel competent pour surveiller le patient. La commission precise cependant que des sensations desagreables peuvent apparaitre, notamment si la personne est en mouvement, comme indique precedemment. La limite de 400 mT est egalement conseillee pour n’avoir aucun risque sanitaire dans les lieux publics. La commission souligne egalement qu’une limite de 0.5 mT doit etre respectee pour les personnes portant des implants susceptibles d’interagir avec le champ magnetique. Pour la femme enceinte, aucun risque n’a ete demontre, mais il lui est tout de meme deconseille de s’exposer. Si l’examen s’avere necessaire, la realisation necessite l’accord de la patiente qui aura ete informee. Il est techniquement interdit a une travailleuse enceinte de penetrer dans l’espace d’examen.

Exposition

En France, les valeurs limites d’exposition sont definies par des directives europeennes (la directive 1999/519/CE pour les particuliers et la directive 2004/40/CE pour les professionnels). Ces directives sont edictees a partir d’etudes menees par la commission internationale pour la protection contre les rayonnements non ionisants (ICNIRP). Il s’avere que les directives europeennes se rapportent a des donnees plus anciennes tandis que de nouveaux resultats sont apportes par la commission. Dans la suite de cette these, nous nous baserons sur les dernieres publications emises par cette commission. On rappellera que la limite d’exposition a un champ magnetique en France est officiellement de 100 μTesla pour une frequence de 50 Hz. Apres avoir pris en compte un grand nombre d’etudes, l’ICNIRP a etabli les valeurs maximales d’exposition concernant les champs electriques et magnetiques de basses frequences ainsi que leurs courants induits. La methode de calcul est telle que ces valeurs d’expositions dependent de la frequence des champs (ICNIRP, 2010). Pour calculer les valeurs maximales d’exposition des champs electriques et magnetiques, l’ICNIRP propose les deux tableaux suivants : un tableau 3 destine aux travailleurs, un tableau 4 destines a la population generale.

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Table des matières

LISTE DES ABREVIATIONS
LISTE DES UNITÉS
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
INTRODUCTION
1.RAPPELS PHYSIQUES A PROPOS DES CHAMPS ELECTROMAGNETIQUES
1.1 DEFINITION
1.1.1. Modele ondulatoire
1.1.2. Modele corpusculaire
1.1.3. Dualite onde-corpuscule
1.1.3.1. Le modele de Newton
1.1.3.2. Le modele de Huygens et Young
1.2 CLASSIFICATION
1.2.1 Spectre electromagnetique
1.2.2 Notion de rayonnement ionisant
1.3 INTERACTIONS AVEC LA MATIERE
2.LES DIFFERENTS RNI : PRESENTATION, DOSIMETRIE ET EFFETS
2.1. LES CHAMPS STATIQUES
2.1.1. Presentation
2.1.2. Cas de l’imagerie par resonance magnetique
2.1.3. Dosimetrie et effets sur la sante
2.1.4. Signalisation
2.1.5. Conclusion
2.2. LES CHAMPS D’EXTREMEMENT BASSE FREQUENCE
2.2.1. Presentation
2.2.2. Interactions avec la matiere, dosimetrie
2.2.2.1. Seuil de perception des champs
2.2.2.2. Seuil de perception des courants induits
2.2.3. Cas du reseau electrique francais et champs basses frequences
2.2.3.1. Presentation
2.2.3.2. Exposition
2.2.3.3. Mesures et interpretation
2.2.3.3.1. Le reseau de transport electrique aerien
2.2.3.3.2. Appareils electromenagers
2.2.3.4. Signalisation
2.2.4. Effets biologiques
2.2.4.1. Effets sur la reproduction et le developpement
2.2.4.2. Systeme cardiovasculaire
2.2.4.3. Cancer
2.2.4.3.1. Les etudes in vitro
2.2.4.3.2. Les experimentations animales
2.2.4.3.3. Le cas de la melatonine
2.2.4.3.4. Les etudes epidemiologiques : Le cas de la leucemie de l’enfant
2.2.5. Conclusion
2.3. LES CHAMPS DE FREQUENCE INTERMEDIAIRE (300 Hz a 10MHz)
2.3.1. Presentation
2.3.2. Principales utilisations
2.3.2.1. Cuisson par induction
2.3.2.2. La radiodiffusion
2.3.2.3. Les autres sources
2.3.3. Exposition
2.3.4. Le cas des implants medicaux actifs
2.4. LES RADIOFREQUENCES (10MHZ A 300GHZ
2.4.1. Presentation
2.4.2. Classification
2.4.2.1. Le reseau sans fil longue distance
2.4.2.2. Le reseau sans fil courte distance
2.4.2.3. Le reseau audiovisuel
2.4.2.4. La radio FM
2.4.3. Interaction avec la matiere, dosimetrie
2.4.3.1. Appareils mobiles, Wi-Fi
2.4.3.1.1. Un indicateur universel : le DAS
2.4.3.1.2. Legislation
2.4.3.1.3. Limites du DAS
2.4.3.2. Antennes relais (stations de base), TV, FM et Wi-Fi
2.4.3.2.1. Propagation dans l’espace et mesure du champ electrique
2.4.3.2.2. Legislation
2.4.4. Signalisation
2.4.5. Effets biologiques
2.4.5.1. Effets sur la reproduction et le developpement
2.4.5.1.1. Fertilite
2.4.5.1.2. Teratogenicite et effet sur le developpement in utero
2.4.5.2. Effets sur le systeme cardiovasculaire
2.4.5.3. Effets sur l’expression genetique et sur la synthese des proteines
2.4.5.4. Effets sur le stress oxydant
2.4.5.5. Effets sur le systeme nerveux
2.4.5.5.1. Effets sur les neurones
2.4.5.5.2. Effets sur la barriere hematoencephalique
2.4.5.5.3. Effets sur l’activite electrique cerebrale
2.4.5.5.4. Effets sur les fonctions cognitives
2.4.5.5.5. Effets sur le sommeil
2.4.5.5.6. Effets sur les maladies neurologiques
2.4.5.5.6.1. Sclerose en plaque
2.4.5.5.6.2. Epilepsie
2.4.5.5.6.3. Maladie d’Alzheimer
2.4.5.6. Cancerogenese
2.4.5.6.1. Effets sur les mecanismes cellulaires de la cancerogenese
2.4.5.6.2. Effets sur le risque de cancer chez l’homme
2.4.5.6.2.1. Les tumeurs cerebrales
2.4.5.6.2.1.1. Gliomes
2.4.5.6.2.1.2. Meningiomes
2.4.5.6.2.1.3. Neurinomes du nerf acoustique
2.4.5.7. L’hypersensibilite aux ondes electromagnetiques
2.4.6. Conclusion
2.5. LE RAYONNEMENT INFRAROUGE
2.5.1. Presentation
2.5.2. Interactions avec la matiere, dosimetrie
2.5.2.1. Au niveau de l’oeil
2.5.2.2. Au niveau de la peau
2.5.3. Conclusion
2.6. LE RAYONNEMENT VISIBLE
2.6.1. Presentation
2.6.2. Interactions avec la matiere, dosimetrie
2.6.2.1. Au niveau de l’oeil
2.6.2.2. Au niveau de la peau
2.6.3. Conclusion
2.7. LE RAYONNEMENT ULTRA-VIOLET
2.7.1. Presentation
2.7.2. Interactions avec la matiere, dosimetrie
2.7.2.1. Effets sur la peau
2.7.2.1.1. Effets non nocifs
2.7.2.1.2. Erytheme actinique
2.7.2.1.3. Phototoxicite, photoallergie
2.7.2.1.4. Cancers de la peau
2.7.2.1.5. Exposition et protection
2.7.2.2. Effets sur l’oeil
2.7.2.2.1. Photokeratites, photoconjonctivites
2.7.2.2.2. Cataracte, DMLA
2.7.2.2.3. Exposition et protection
2.7.3. Conclusion
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE