Interaction des ondes éléctromagnétiques avec le vivant : étude et dosimétrie numérique de systèmes d'exposition aux fréquences microondes

Interaction of electromagnetic waves with the biological matter : study and numerical dosimetry of exposure systems in microwave frequencies

• Auteur / Autrice : Jérôme Luc
• Direction : Bernard Jecko
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique des hautes fréquences et optoélectronique. Télécommunications
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dosimétrie

Différences finies

Ondes électromagnétiques

Antennes (électronique)

Mots clés libres

Interaction tête-téléphone

Débit d'Absorption Spécifique (DAS)

Antenne hélicoi͏̈dale

Systèmes d'exposition

Antenne boucle

Résumé

Face à l'interrogation des éventuels effets sanitaires des ondes électromagnétiques et, à fortiori ceux lié à l'utilisation du téléphone mobile, de nombreux programmes de recherche ont démarré à l'echelle nationale et internationale. Ainsi, ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude de l'interaction des ondes électromagnétiques avec le vivant, et porte plus précisément sur la dosimétrie numérique. Cette dernière est faite à l'aide d'un code FDTD. L'étude de l'intéraction tête-téléphone permet de caractériser l'exposition type d'un téléphone cellulaire. Ainsi, le besoin d'utiliser un modèle réaliste de tête, afin de tenir compte de l'hétérogénéité de cette dernière, nous a conduit à réaliser un modèle numérique de tête à partir d'images IRM. Préalablement aux études dosimétriques, des évolutions ont été apportées au code FDTD et des points particuliers ont été étudiés: la modélisation de l'excitation, les couches PML et les incertitudes du calcul du SAR. Ensuite, l'influence de l'antenne et de sa position ainsi que de la position du téléphone, notamment avec l'utilisation de l'oreillette ont été observées. L'antenne hélicoi͏̈dale est largement utilisée dans la téléphonie mobile. Pour la prendre en compte lors de l'étude dosimétrique d'un système tête-téléphone équipé de cet aérien, un modèle équivalent, basé sur les propriétés selfiques de l'hélice, a été développé. Concernant les systèmes d'exposition, nous nous sommes intéressés à un système dit 'localisé', constitué d'une antenne boucle. Dans le cadre du projet COMOBIO, programme français du RNRT, ce système a été étudié et il permet d'exposer un rat dans des conditions qui se rapprochent d'une exposition type téléphone cellulaire. A 900 MHz, l'influence du modèle de rat sur la dosimétrie de ce système a été observée. De plus, l'adaptation du système aux différentes fréquences de la téléphonie mobile a été étudiée, ainsi que sa dosimétrie à 1800 MHz. Un second système dit 'corps entier', utilisant une antenne cornet, a également été étudié. Les performances de ces systèmes d'exposition ont été comparées à celles d'une illumination par une onde plane (dispositif 'corps entier') et du carrousel (dispositif 'tête seule').

In front of the question of possible health effects of electromagnetic fields, and especially those that are caused by use of mobile phone, many research programs have begun in France and all over the world. Thus, this thesis is in the framework of the study of interaction of electromagnetic waves with the biological matter, and relates more precisely to numerical dosimetry. This one is made with an FDTD code. The study of head-phone interaction makes it possible to characterise the standard exposure of a cellular telephone. Thus, the need to use a realistic model of head, in order to take account of the heterogeneity of this last one, led us to realise a numerical model of head with MRI images. Before the dosimetric studies, evolutions have been brought to FDTD code and particular points have been studied: the excitation source, PML boundary condition and uncertainties of the SAR calculation. Then, the influence of the antenna and its position, like the phone position and the use of the hand-free kit, have been observed. The helix antenna is largely used in mobile telephony. To realise a dosimetric study of head-phone system with this antenna, an equivalent model, based on the self-inductive properties of the helix, has been developed. Concerning the exposure systems, we have been interested in a 'localised' system, with a loop antenna. In the framework of the COMOBIO project, French program of the RNRT, this system have been studied and it makes it possible to expose a rat under conditions which approach a standard exposure of cellular phones. At 900 MHz, the influence of the rat's model on the dosimetry of this system has been observed. Moreover, the adaptation of the system to the various frequencies of mobile telephony has been studied, like his dosimetry at 1800 MHz. A second system called 'whole body', using an horn antenna, has also been studied. The performances of those exposure systems have been compared with a plane wave illumination (device 'whole body') and carrousel (device 'head only').