Mesures et effets de l’exposition au champ d’un téléphone portable

Dans les communications sans fil, le champ lointain est la partie de l’onde radio utilisée pour transmettre l’information : elle transporte le signal et se propage à la vitesse de la lumière. En ce qui concerne l’exposition humaine aux champs électromagnétiques des téléphones mobiles, le champ proche est plus important. Bien que ses caractéristiques soient différentes, le champ lointain est étroitement associé au champ proche. Tout changement dans le champ proche peut affecter le champ lointain.

Cependant, la plupart des détecteurs de CEM ne peuvent pas fonctionner de manière fiable dans le “champ proche”, c’est-à-dire trop près de la source pour être mesurés. Pour les sources de micro-ondes telles que les téléphones portables, les lectures prises à moins de 5 cm seront généralement relativement imprécises. La mesure en champ proche est très compliquée car lorsqu’une sonde externe est placée dans la zone de champ proche, la sonde interagit avec l’antenne de l’appareil testé et modifie le diagramme de champ initial.

Les trois types de champ à proximité d’une source RF : champ proche, proche et lointain.

La mesure exacte en champ proche nécessite des détecteurs spécialement conçus à cet effet. C’est pourquoi les spécialistes ne recommandent, généralement, pas l’utilisation d’un radiomètre portable normal, par exemple celui utilisé pour les stations de base pour mesurer le champ proche d’un téléphone portable. Parce qu’un radiomètre normal interfère avec l’antenne du téléphone et modifie un peu le champ électrique qu’il essaie de mesurer. Ces radiomètres portables sont en fait destinés à mesurer le champ lointain, ce qu’ils peuvent très bien faire.

Lorsque vous utilisez votre téléphone portable, votre corps est souvent immergé dans le champ proche de l’antenne du téléphone portable. Les téléphones portables utilisent une large gamme de bandes de fréquences allant de 700 MHz à 2,5 GHz. Le champ proche s’étend jusqu’à environ 40 cm à 700 MHz et 12 cm à 2,5 GHz. Dans le champ proche, l’intensité du champ électromagnétique peut augmenter considérablement avec un petit mouvement supplémentaire vers l’antenne, de sorte que vous pouvez être exposé à un rayonnement très intense sans même vous en rendre compte.

Le champ électrique mesuré à proximité d’un smartphone fonctionnant sur le réseau 4G à une certaine distance de sa station de base est de près de 6 V/m.

Les directives actuelles de la FCC américaine permettent de tester un téléphone mobile jusqu’à 25 mm de distance du corps de l’utilisateur. L’iPhone 6, par exemple, a été testé à 5 mm du corps. Par conséquent, lorsque vous portez votre téléphone portable directement en contact avec votre corps (par exemple dans votre poche), vous pouvez être exposé à des niveaux de rayonnement qui dépassent le DAS publié de l’appareil et même la limite de sécurité actuelle fixée par les réglementations américaines ou européennes.

Évaluation de l’exposition professionnelle : DAS

Le DAS (acronyme de Débit d’Absorption Spécifique) est une mesure du pourcentage d’énergie électromagnétique absorbée par le corps humain lorsqu’il est exposé à l’action d’un champ électromagnétique de radiofréquence (RF). Plus précisément, le DAS est défini comme la quantité d’énergie électromagnétique qui est absorbée dans l’unité de temps par un élément de masse unitaire d’un système biologique, son unité de mesure est donc W/kg.

Comme on le sait, en fait, pour la protection du public et des travailleurs contre les effets aigus possibles des champs électromagnétiques de radiofréquence, des limites d’exposition ont été établies au niveau international de manière à limiter l’augmentation stable de la température corporelle induite (ce qu’on appelle “l’effet thermique”). Bien en dessous de 1°C (pour être exact à 0,4°C maximum), une variation inférieure à celles associées aux processus physiologiques normaux et donc tolérable par le corps même pendant des périodes prolongées.

En pratique, les niveaux des champs de radiofréquences auxquels la population est normalement exposée sont bien inférieurs à ceux nécessaires pour produire un échauffement important, sauf dans le cas des téléphones portables, en particulier en ce qui concerne la tête. Une limite a donc été fixée à la quantité maximale d’énergie électromagnétique pouvant être absorbée par la tête (DAS) lors d’un appel téléphonique. En Europe, cette limite est de 2 W/kg, répartis sur 10 grammes de tissu en moyenne sur une période de 6 minutes (c’est-à-dire comme si l’appel téléphonique ne durait que 6 minutes).

Le DAS est utilisé comme principal indicateur de l’énergie radiofréquence (RF) absorbée par le corps lors de la quantification des effets biologiques et de la fixation des limites d’exposition de base. Aux fréquences comprises entre 100 kHz et 10 GHz, les limites du DAS ont la priorité sur les limites légales de l’intensité du champ électrique et de la densité de puissance et ne doivent pas être dépassées. Lors de l’évaluation de la conformité d’un dispositif émettant des radiofréquences, le DAS doit être déterminé pour les cas où l’exposition a lieu à une distance de 20 cm ou moins de la source.

L’invention de l’unité de mesure DAS permet de “contourner” le problème des valeurs élevées du champ électrique produit par un téléphone portable.

La mesure de la dose absorbée d’un organisme (DAS) est très difficile et ne peut être effectuée “in vivo”. Pour les conditions où la détermination du DAS n’est pas pratique, il faut mesurer l’intensité du champ électrique ou la densité de puissance à l’extérieur du corps. La mesure du champ électrique à l’intérieur du corps est en effet corrélée à celle du DAS, puisque le DAS peut être déterminé avec une bonne précision en mesurant avec des instruments appropriés le champ électrique (en V/m) ou l’intensité de la vague (exprimée en W/m2) qui arrive dans le corps examiné. À son tour, le champ électrique à l’intérieur du corps est lié au champ électrique à l’extérieur du corps, c’est-à-dire plus près de la source.

Cependant, le champ électrique à l’intérieur d’un corps humain, et donc le DAS, ne sont pas aussi facilement reliés au champ électrique externe qu’on pourrait le penser. La détermination du DAS pour l’exposition de l’homme en champ proche est difficile et ne peut être effectuée que par des simulations utilisant des modèles numériques du corps humain dans des conditions de laboratoire. Pour être valables, ces modèles doivent être fiables et raisonnablement précis. Cela a conduit au développement de diverses méthodes numériques et d’un outil logiciel pour l’analyse du DAS dans la tête humaine à partir de divers téléphones mobiles.

Ces outils numériques permettent une modélisation détaillée des inhomogénéités humaines anatomiquement pertinentes, telles que celles de la tête, qui sont difficiles à modéliser expérimentalement. Le logiciel de calcul numérique des DAS locaux et régionaux est disponible dans le commerce. Des méthodes de mesure pour la détermination du DAS ont été mises au point chez des animaux de laboratoire et des modèles en matière synthétique équivalente à du tissu. Ces modèles sont appelés dans le jargon “marionnettes”, et les modèles modernes sont faits de gel semi-solide qui simule la matière organique avec un pourcentage élevé d’eau.

Des méthodes de mesure sont utilisées pour vérifier l’exactitude des calculs numériques. Il existe essentiellement deux méthodes de base pour mesurer le DAS. L’une consiste à utiliser une sonde de température pour mesurer le changement de température causé par la chaleur produite par l’énergie radiofréquence (RF) absorbée, puis à calculer le DAS à partir de la formule suivante, où “ΔT” est l’augmentation de température (en °C) dans l’intervalle de temps “Δt” (en secondes) et “c” est la “capacité thermique spécifique” du tissu (ou du matériau de la marionnette), exprimée en J/kg K :

Le calcul du TAS à partir de l’augmentation de la température ne peut être effectué que si l’augmentation de la température est linéaire dans le temps. Cette méthode est donc appropriée pour mesurer le DAS local lorsque les niveaux d’exposition (champs irradiants) sont assez intenses, de sorte que le transfert de chaleur à l’intérieur et à l’extérieur du corps n’affecte pas l’augmentation de la température. La deuxième méthode de base pour la détermination du DAS consiste à mesurer le champ électrique à l’intérieur du corps avec des sondes de champ électrique implantables appropriées, puis à calculer le DAS où “σ” est la conductivité électrique du tissu (S/m), “E” est la force effective du champ électrique induit dans le tissu (V/m) et “ρ” est la densité de masse (kg/m3).

Cette méthode ne convient que pour mesurer le DAS en des points spécifiques du corps et pour des valeurs de DAS faibles, pour lesquelles l’énergie absorbée est insuffisante pour provoquer un changement de température détectable. L’instrumentation pour ce type de méthode de mesure du DAS comprend, généralement, une sonde à champ électrique implantable, une marionnette et un système informatisé de placement de la sonde. Ces instruments ont été, récemment, commercialisés et sont utilisés pour tester les émetteurs portables en vue de l’évaluation de la conformité.

Comment mesurer le champ d’un téléphone portable

En conclusion, les limites d’exposition aux champs d’un téléphone portable pour prévenir les effets sur la santé ont été dérivées du niveau d’échauffement ou de l’intensité du champ électrique généré à l’intérieur du corps par les champs électromagnétiques (limites de base). Comme ces deux paramètres ne sont pas facilement mesurables, des niveaux de référence en termes d’intensité des champs électromagnétiques à l’extérieur du corps ont été dérivés de ces limites de base. Lorsque les niveaux de référence à l’extérieur de l’organisme sont dépassés, une évaluation plus détaillée est nécessaire pour déterminer si les limites de base sont dépassées.

Les différentes méthodologies alternatives pour estimer l’exposition au champ d’un téléphone mobile établies par la norme EN50383. (source : De Oliveira, 2015)

Ainsi, la seule mesure du champ électrique peut être utilisée à la place du DAS pour contrôler facilement l’exposition locale au rayonnement d’un téléphone portable à toutes les distances. Bien que cela ait tendance à surestimer légèrement l’exposition si l’on compare le pic de champ électrique local aux limites légales pour les sources fixes (6 V/m), c’est-à-dire que cette limite peut être atteinte avant la limite du DAS. En outre, la puissance du signal d’un téléphone mobile varie fortement d’une zone du territoire à l’autre. Par conséquent, une mesure de son champ électrique obtenue à domicile n’est valable que localement dans le temps et l’espace, et peut être très différente de celle obtenue par exemple chez quelqu’un d’autre ou à l’extérieur.

En fait, le téléphone mobile a une relation très dynamique avec la station de base. Si cette dernière “entend” un faible signal du téléphone mobile, elle ordonne à l’appareil en question d’augmenter la puissance de transmission. Par conséquent, une distance plus grande par rapport à la station de base la plus proche, la présence d’obstacles entre les deux et surtout d’un produit de protection (par exemple une tôle), sont autant d’éléments qui obligeront le téléphone mobile à émettre avec une puissance plus élevée qu’il ne le ferait autrement, ce qui non seulement décharge la batterie plus rapidement, mais entraîne également une plus grande exposition pour les utilisateurs.

Par conséquent, la bonne façon de mesurer le champ d’un téléphone portable est de placer le téléphone portable à (au moins) 4 cm de la sonde de l’instrument de mesure du champ électrique, qui peut être par exemple un radiomètre à large bande comme le PCE-EM 29, fabriqué par la société allemande homonyme et très fiable, le PCE. Il s’agit d’un appareil à large bande, coûtant environ 200 euros, capable de mesurer les champs électromagnétiques de radiofréquence dans la gamme 100 MHz-3,5 GHz, grâce à son capteur de champ électrique isotrope (qui permet des mesures sur trois axes ensemble ou un à la fois).

Lorsque l’on mesure le champ électrique produit par un téléphone portable de garde, il est toujours bon de mesurer la distance entre l’appareil de mesure RF et le téléphone portable. Dans ce cas, le smartphone n’est pas de garde, donc le champ est le plus bas : 10 mV/m.

En général, un téléphone portable ou un smartphone allumé n’émet pas de radiations tant qu’il n’échange pas de données ou qu’il n’émet pas/ne reçoit pas d’appels. Par conséquent, pour mesurer son champ électrique, il faut passer un appel (même si ce n’est qu’en faisant sonner un autre téléphone). La valeur instantanée obtenue en mesurant le champ d’un téléphone portable de cette manière fluctue rapidement, il peut donc être approprié d’activer la fonction “moyenne” pour obtenir la valeur moyenne sur une certaine période. Nous prendrons alors également note de cette valeur, afin de pouvoir la comparer facilement avec d’autres mesures sur le même téléphone portable ou sur d’autres.

Les mesures doivent être effectuées en plaçant le téléphone mobile et le compteur sur une surface en matériau non conducteur (par exemple une table en bois ou sur le sol), et après avoir mesuré le niveau de fond du champ au même endroit dans la pièce avec tous les autres téléphones mobiles (et Wi-Fi) de la maison éteints, de manière à avoir un premier niveau de référence avec lequel comparer le résultat des mesures ultérieures. Il est évident que le niveau de fond devra être mesuré (et noté) chaque fois que nous mesurerons le champ d’un téléphone portable, en veillant à ce que la sonde ait la même orientation dans les deux mesures.

Les valeurs d’émission du champ électrique d’un téléphone portable dépendent de nombreux facteurs, tels que, toutes choses égales par ailleurs, sa génération. Historiquement, nous sommes passés de l’E-TACS analogique (400 MHz, 1ère génération, ou 1G) au GSM (900 MHz) et au DCS (1800 MHz) numériques de 2ème génération (ou 2G), à l’UMTS (2100 MHz) numérique de 3ème génération (ou 3G), au LTE (800 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz, 2600 MHz) numérique moderne de 4ème génération (ou 4G), et aujourd’hui nous sommes même à 4,5G (1500 MHz).

Simulation du champ électrique d’un téléphone portable à différentes distances de la tête, car la bande de fréquence d’émission utilisée par l’appareil varie. Notez qu’elles quadruplent aux fréquences les plus élevées, à savoir 10-25 mm. (source : De Oliveira, 2015)

La limite légale en Italie pour les fréquences radio (6 V/m) s’applique à toutes les sources fixes (par exemple, les stations de base radio, les stations de radio et de télévision, etc.), mais pas dans le cas des téléphones mobiles (évidemment, comme “mobile”). À titre d’exemple, un vieux téléphone mobile GSM fonctionnant sur un réseau 2G à une puissance de 1 W crée une portée d’environ 6 V/m à une distance d’un mètre et d’environ 60 V/m à 10 cm. Les smartphones 4G modernes émettent généralement beaucoup moins : environ 1-5 V/m à une distance de 10 cm si le “signal de champ” est bon/moyen. Les anciens téléphones mobiles qui utilisent la 2G sont connus pour communiquer à pleine puissance lorsqu’ils se connectent à un numéro, de sorte qu’un ancien modèle ou peut-être un plus récent avec très peu de “champ” – serait facilement “proscrit” s’ils devaient être utilisés.

Le champ à proximité d’un téléphone mobile GSM (sur un réseau 2G) : près de 50 V/m !

Une station de base de téléphone mobile, comme on l’a dit, peut avoir une puissance rayonnée de l’ordre de 1-100 W ; un téléphone mobile commun, au lieu de l’ordre de 1-2 W. Par conséquent, en plein champ, à l’approche de l’antenne de la station radio de base, il y aura une distance à laquelle le champ électrique typique émis par votre téléphone portable sera dépassé par celui de l’antenne de la station radio de base, à la différence que la station émet h24, ce qui n’est pas le cas de votre téléphone portable ! Vous pouvez déterminer très facilement, avec un compteur RF, quelle est cette distance dans le cas de votre téléphone portable et de la station de base la plus proche de vous.

Il est, également, intéressant de voir ce qui se passe lorsque nous utilisons notre téléphone portable dans la voiture pendant un voyage. Dans le reportage “Onda su onda” du reportage diffusé sur la Rai 3 le 27 novembre 2018, il a été montré que, paradoxalement, l’impact (c’est-à-dire le champ électrique produit) est plus important lorsque le téléphone portable est éteint mais que l’on passe dans des zones particulièrement polluées du point de vue de l’électrosmog (stations de base, stations de radio ou de télévision, etc.). Un dîner chez des amis avec quatre téléphones portables en fonctionnement se révèle être une mauvaise surprise, avec une exposition maximale de 13,6 V/m !

Mesures montrées par le reportage diffusé par la Rai 3, réalisées en se déplaçant en voiture avec un compteur portable professionnel PMM 8053. Le champ électrique est dominé par des sources extérieures (en particulier les stations de base téléphoniques).

Et puis il y a les transports publics, ceux que nous prenons tous les jours pour aller à l’école ou au travail et où nous passons tout notre temps attachés à notre téléphone portable ou à notre tablette, connectés à l’ordinateur avec le Wi-Fi à bord. Dans la même transmission, Fiorenzo Marinelli explique que, en effectuant des mesures avec le chercheur de l’Inail Ivano Lonigro, il a trouvé “un maximum de 2,2 V/m” dans le métro, alors qu’il faisait le trajet de Bologne à Rome (probablement à grande vitesse, ndr) il a également trouvé “des valeurs de plus de 100 V/m émises par les téléphones portables, ceci en raison de l’environnement métallique fermé dans lequel les ondes ont du mal à sortir”.

Nous avons, également, effectué des mesures ponctuelles du champ électrique de radiofréquence sur les trains régionaux et interrégionaux italiens (alimentés, contrairement aux trains à grande vitesse, par des lignes à courant continu de 3 kV) et, avec un PCE-EM de 29 mètres, il varie, en cours de route, généralement entre 0,5 et 3 V/m, avec des valeurs plus fréquentes autour de 1-1,5 V/m. Quand il y a, au moins, une personne avec un smartphone allumé à quelques mètres de nous, et avec les valeurs maximales (quelques V/m) qui sont touchées quand presque tous les endroits sont occupés et que plus de personnes près de nous utilisent le smartphone pour le trafic de données et/ou les appels vocaux.

Mesure du champ électrique réalisée avec un instrument professionnel près d’une station de métro bien connue à Rome. (source : Rapport, Rai 3)

Enfin, nous voulons rapporter nos mesures effectuées en décembre 2018, dans un appartement normal situé au centre d’une grande ville italienne non impliquée dans l’expérimentation de la 5G, sur une douzaine de smartphones de différentes marques et modèles. Le champ électrique mesuré à 10 cm était, lors d’un appel téléphonique, de l’ordre de 3-5 V/m (variable selon les modèles et en fonction du réseau utilisé, 3G ou 4G), alors que celui mesuré le reste du temps avec le trafic de données activé n’était que de la moitié (par exemple ≈2 V/m si lors d’un appel téléphonique il était de ≈4 V/m). Cela signifie que si vous ne coupez pas le trafic de données, vous avez une exposition pertinente 24 heures sur 24, même si vous ne passez pas/récevez d’appels. En désactivant le trafic de données (et le Wi-Fi) dans les paramètres de votre téléphone, au moins ce problème, très sournois si vous n’avez pas de compteur RF, est résolu.