Mémoire de fin d'études FTIC-UPAC 2012

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Antennes et Propagation électromagnétique : impact sur la santé.

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Mémoire de fin d'études FTIC-UPAC 2012

  1. 1. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 1 En vue de l’obtention de la Licence en Sciences de l’ingénieur, Option : télécom et électronique Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève Mlle : 2009/001 Sous la direction de : Encadreur professionnel Encadreur académique M. Patrick Akono Akono M. Denis Akam Akam Antennes et propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun Republic of Cameroon Ministry of Higher Education Protestant University of Central Africa Faculty of Information and Communication Technologies République du Cameroun Ministère de l’Enseignement Supérieur Université Protestante d’Afrique Centrale Faculté des Technologies de L’Information et de la Communication Année académique : 2011/2012
  2. 2. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 2 En vue de l’obtention de la Licence en Sciences de l’ingénieur, Option : télécom et électronique Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève Mlle : 2009/001 Sous la direction de : Encadreur professionnel Encadreur académique M. Patrick Akono Akono M. Denis Akam Akam Republic of Cameroon Ministry of Higher Education Protestant University of Central Africa Faculty of Information and Communication Technologies République du Cameroun Ministère de l’Enseignement Supérieur Université Protestante d’Afrique Centrale Faculté des Technologies de L’Information et de la Communication Année académique : 2011/2012 Antennes et propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun
  3. 3. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève i Dédicace A mon père Jérémie EVINA MBA et ma mère Eugénie ADA ABESSOLO qui reposent près de l’Eternel, le Maître du temps.
  4. 4. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève ii Remerciements Il m’est agréable et important de réserver cette page comme un témoin de reconnaissance à toutes les personnes qui m’ont soutenu et encadré pour la réalisation de ce travail. Je tiens à exprimer toute ma gratitude : A l’Eternel le Dieu Tout-puissant pour la grâce dont je suis bénéficiaire de sa part et qu’il m’accorde tous les jours de ma vie. Au Directeur Général de CAMTEL, Monsieur NKOTO EMANE David pour m’avoir permis de bénéficier d’un stage académique au sein de sa structure. Je remercie aussi mes encadreurs M. Patrick Akono Akono et M. Denis Akam Akam qui m’ont prêté de leur précieux temps, mais aussi m’ont aidé par leurs directives et orientations diverses et pour leur attention à toutes mes préoccupations. Je tiens à remercier tout le personnel en service au Laboratoire National de Télécommunications de CAMTEL (LABTEL) de Nkomo et celui du service de Transmission de CAMTEL notamment M. Deussom et M. Mady pour leur soutien et leur collaboration amicale. J’exprime également l’honneur que me font les membres du jury pour avoir accepté de me prêter leur attention et d’évaluer mon travail. Je remercie le corps administratif et professoral de la FTIC (Faculté des Technologies de l’Information et de la Communication) de l’université protestante d’Afrique centrale (UPAC) pour leurs enseignements et pour leur encadrement. Je tiens à remercier chaleureusement :
  5. 5. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève iii Mes parents Rev. Daniel EZO’O AYO et Suzanne EKOUNDA ATANGANA pour tout le bien et tous les efforts consentis à mon égard, mais aussi à mon éducation et à mon suivi personnel. Mme Angèle Patricia ZO’ONYABA pour son soutien indéfectible et la bénédiction qu’elle est pour moi. Mme Thérèse MENYE pour tous les sacrifices consentis à l’endroit de ma personne et sa bonne disposition de coeur. La chorale QUMRAN SAINT ESPRIT, notamment l’ensemble des choristes pour leur soutien spirituel et pour la mission qu’ensemble nous avons reçu. Mes frères : Yves MBA A., Hugues EVINA E., André J. EKORO E. et ma soeur Georgia MENGUE pour leurs encouragements. Mes amis et camarades de la première promotion de la FTIC pour leur marque de sympathie. Tous ceux qui de près ou de loin ont contribué à la réalisation du présent document.
  6. 6. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève iv Résumé Dans le cadre de ce travail, nous avons été appelé à clarifier les notions relatives à la propagation électromagnétique autant dans le vide que dans les milieux matériels, à décrire le processus de fonctionnement d’une antenne relais, son rôle et son impact dans la communication mobile. Nous avons procédé à une étude élaborée des effets générés par les ondes radio sur les utilisateurs en particulier ceux du téléphone mobile. Nous avons par la suite proposé des approches de solutions relatives aux problèmes de radiofréquences et de santé posés par l’utilisation incontrôlée du téléphone mobile. Et enfin nous avons présenté une étude comparative entre le GSM et le CDMA afin de mettre en exergue la différence notoire entre les réseaux fonctionnant sur la base du GSM et ceux fonctionnant sur la base du CDMA.
  7. 7. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève v Abstract In this work, we have been asked to clarify concepts relating to electromagnetic propagation in both vacuum and in material media, to describe the process of running a relay antenna, its role and its impact on mobile communication. We conducted an elaborate study of the effects generated by radio waves to the users especially the mobile phone. We subsequently proposed approaches for solutions to the problems of spectrum and health risks posed by the uncontrolled use of mobile phones. And finally we have presented a comparative study between GSM and CDMA to highlight the significant difference between the networks functioning on the basis of those operating on GSM and CDMA based.
  8. 8. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève vi Liste des figures et des tableaux Figure 1 : l’organigramme de CAMTEL …….……………………………….…………………………………………13 Figure 2 : plan de localisation de CAMTEL ……………………………………..……………………………………14 Figure 3 : onde électromagnétique ……………………………………………....……………………………………16 Figure 4 : polarisation d’une onde ..…………………………………………………………………………………….18 Figure 5 : spectre du rayonnement électromagnétique ……………….……….…………………………….20 Figure 6 : mode de propagation électromagnétique …………………….…………………………………….24 Figure 7a : diagramme d’émission d’antenne ……………………………….…………………………………….29 Figure 7b : diagramme de rayonnement d’une antenne …………………………………………………….30 Figure 8 : antenne dipôle ……………………………………………………………….…………………………………..31 Figure 9 : antenne quart d’onde …………………………………………………….…………………………………..32 Figure 10 : antenne parabolique …………………………………………………….…………………………………..33 Figure 11 : antenne cornet ………………………………………………………………………………………………...34 Figure 12 : antenne CDMA utilisée par CAMTEL ………………………………………………………………….38 Figure 13a : schéma du cheminement d’un appel téléphonique …………………………………………41 Figure 13b : schéma du cheminement d’un appel téléphonique ………………………………………..42 Figure 14 : estimation de la pénétration du rayonnement électromagnétique d’un téléphone portable en fonction de l’âge. ……….………….………………………………………………………………………..52 Figure 15 : émission d’une antenne relais ……………………………………………….………………………….54 Figure 16 : architecture d’un réseau GSM ……………………………………………….………………………....56 Figure 17 : architecture d’un réseau CDMA ………………………………………………………………………..59 Tableau 1 : propriétés électriques d’une antenne CDMA ………………………………………………….. 37 Tableau 2 : propriétés mécaniques d’une antenne CDMA ………………………………………………….37 Tableau 3 : coordonnées GPS des antennes relais dans ville de Yaoundé …………………………..39 Tableau 4 : DAS de quelques mobiles selon les constructeurs …………………………………………….44 Tableau 5 : évaluation de la puissance et l’exposition des émetteurs de radiofréquences (1er cas) …………………………………………………………………………………………………………..50 Tableau 6 : évaluation de la puissance et l’exposition des émetteurs de radiofréquences (2e cas) ……………………………………………………………………………………………………………51
  9. 9. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève vii Liste des sigles et abréviations AAA : Authentication, Authorization and Accounting AuC : Authentication Center ADN : Acide Désoxyribo Nucléique ART : Agence de Régulation des Télécommunications BSC : Base Station Controller BSS : Base Station Subsystem BTS : Base Transceiver Station CAMTEL : Cameroon Telecommunications CDMA : Code Division Multiple Access CEM : Champ Electro Magnétique DAS : Débit d’Absorption Spécifique FA : Foreign Agent FDMA : Frequency Division Multiple Access FTIC : Faculté des Technologies de l’Information et de la Communication GPS : Global Positioning System GSM : Global System for Mobile communications HA : Home Agent HLR : Home Location Register IR : Infra Rouge LABTEL : Laboratoire National de Télécommunications LAPDm : Link Access Protocol on the D mobile channel
  10. 10. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève viii MINPOSTEL : Ministère des Postes et Télécommunications MSC : Mobile services Switching Center OEM : Onde Electromagnétique Magnétique PCS : Packet Control Function PDSN : Packet Data Serving Node SAR : Specific Absorption Rate SCM : Société Camerounaise des Mobiles (devenue ORANGE Cameroun en 2002) TDMA : Time Division Multiple Access UMTS : Universal Mobile Telecommunications System (système de communication mobile de la 3e Génération). UPAC : Université Protestante d’Afrique Centrale UV : Ultra Violet VHF/UHF : Very High Frequency / Ultra High Frequency VLR : Visitor Location Register WIFI : Wireless Fidelity
  11. 11. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève ix Sommaire Dédicace ............................................................................................................. i Remerciements .................................................................................................. ii Résumé ............................................................................................................. iv Abstract.............................................................................................................. v Liste des figures et des tableaux ....................................................................... vi Liste des sigles et abréviations ……………….………………………………………………………vii Introduction Générale ...................................................................................... 10 Première partie : Contexte et problématique ................................................. 12 Deuxième partie : Propagation électromagnétique et antennes .................... 18 Chapitre 1 : Ondes électromagnétiques ........................................................... 18 Chapitre 2 : Propagation .................................................................................. 26 Chapitre 3 : Antennes ....................................................................................... 31 Troisième partie : Radiofréquences et santé .................................................. 44 Chapitre 4 : Effets des ondes radio sur le vivant : cas du téléphone mobile ..... 44 Chapitre 5 : Radiofréquences et santé ............................................................. 53 Chapitre 6 : Etude comparative entre le GSM et le CDMA ............................... 59 Conclusion Général ............................................................................................64 Bibliographie ......................................................................................................65
  12. 12. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 10 Introduction Générale Les rayonnements électromagnétiques étaient présents avant notre naissance, bien avant en fait. Pour dire vrai, ils seraient apparus au plus tard quelques heures après la création de l'univers, c'est à dire il y a environ 15 milliards d'années, plus de 10 milliards d'années avant la formation de la Terre, et l'apparition de la vie sur celle-ci. Depuis leur apparition, les rayonnements électromagnétiques n'ont eu de cesse d'inonder l'univers, dont certains nous parviennent encore à l'heure actuelle. Dans notre vie quotidienne, nous sommes envahis par une gigantesque quantité de rayonnements, certains venants du soleil, d'autres de nos téléphones portables. Aujourd'hui, ils sont utilisés dans un nombre considérable de domaines ; de la télécommunication à la médecine en passant par la cuisine, ils nous entourent. Bref, tout ça pour dire que le rayonnement électromagnétique n'est pas une invention des scientifiques. Par ailleurs, Le développement continu des technologies sans fil est à l’origine d’une exposition sans cesse accrue de la population mondiale aux champs électromagnétiques. C’est pourquoi de nombreuses recherches visent à évaluer leur influence sur la santé publique, pour identifier l’existence d’éventuels effets nocifs et définir des normes garantissant leur innocuité. La téléphonie mobile quant-à elle a envahi aussi bien le monde entier que le continent africain au rythme de la symphonie du développement des nouvelles technologies de l'information et de la communication. S'il est vrai que beaucoup de pays africains restent encore très peu au parfum de ces avancées scientifiques, il est aussi incontestable que dans certaines nations du Sud, les outils de communication modernes font partie du quotidien de la plupart des personnes et de toutes classes sociales. Le Cameroun est dans cette dernière catégorie, et il est probablement un des pays où l'usage de la téléphonie mobile a pris des tendances non prévues par les constructeurs, et ce depuis près d’une dizaine d’années où il a été de plus en plus vulgarisé sur le triangle national. A cet effet, on remarque que la place qu'occupe aujourd'hui le téléphone mobile dans la société est si importante, que l'on peut s’interroger : Pourrait-on s'en passer ? Objet anodin, il paraît instinctif de lui faire confiance, et pourtant...
  13. 13. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 11 Qui est capable, de prouver que cet objet du quotidien n'a aucun effet néfaste ? Personne. Et, pour cause, ce n'est peut-être pas le cas... De nombreuses études semblent indiquer que la hausse de certaines pathologies, telles les cancers du cerveau ou de la parotide, serait liée à une utilisation intensive du téléphone, et s'expliquerait de façon scientifique par des cassures de brins d'ADN, un échauffement des tissus ou encore la modification de signaux intracellulaires. D'autres études nous alarment sur le fait que le danger est plus grand sur les enfants, car leur cerveau est plus perméable aux ondes. Cependant, personne ne semble prendre en compte ces alertes. Des enfants plus jeunes chaque année, ont accès au téléphone portable, tout cela avec le consentement des parents et de la société dans laquelle ils vivent.
  14. 14. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 12 Première partie : Contexte et problématique Chaque jour, nous sommes exposés à des ondes de toutes sortes : ondes GSM, cabines et pylônes haute tension, antennes de relais (d’émission ou de réception), micro-ondes, internet sans fil... Ou encore à d’autres équipements dégageant des champs électromagnétiques (téléphone mobile, écran d’ordinateur, TV, etc.). Certaines ondes sont inoffensives, d’autres par contre inquiétantes voire peut-être dangereuses pour notre santé. C’est fort de ce constat et loin de rester indifférent que nous avons été appelé à porter des réflexions sur le fonctionnement des ondes électromagnétiques et leur impact dans le domaine des télécommunications notamment celui de la téléphonie mobile. Loin de s’arrêter sur ces notes et aspects, nous avons remarqué l’émergence de plusieurs interrogations à savoir : quel est le principe de fonctionnement des ondes électromagnétiques et leur mode de propagation dans divers milieu ? Quelles sont les conséquences engendrées par l’émission des radiofréquences (des antennes relais de téléphonie mobile et des téléphones mobiles) sur les populations vivant à proximité de ces antennes et en particulier sur les utilisateurs du téléphone mobile ? C’est dans le cadre de ces travaux que nous avons passé un temps de stage, d’observations et d’apprentissage au Laboratoire National des Télécommunications, en abrégé LABTEL qui est administrativement rattaché à la Direction du Réseau National et des Infrastructures (DI) de CAMTEL. Mais aussi nous avons bénéficié du soutien remarquable des responsables du service de Transmission de CAMTEL (pour le volet technique et pratique), nous ayant permis la réalisation de ce travail.
  15. 15. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 13 Chapitre 1 : Aperçu général de l’entreprise 1. Historique de l’entreprise CAMTEL En Juin 1990, prenant en compte la situation préoccupante des finances publiques du Cameroun, le Président de la République a signé l'ordonnance sur le programme de privatisation des entreprises publiques et parapubliques. En Juin 1995, le secteur des télécommunications est admis au programme de privatisation. En Juillet 1998, la loi 98/014 du 14 juillet 1998 régissant les télécommunications au Cameroun est promulguée. Elle fixe les modalités d'installation, d'exploitation et de développement équilibré des télécommunications, encourage et favorise la participation du secteur privé au développement des télécommunications dans un environnement concurrentiel. C'est ainsi que, sous la tutelle technique du Ministère des Postes et Télécommunications (MINPOSTEL), l'Agence de Régulation des Télécommunications (ART) est crée pour l'arbitrage des télécommunications au Cameroun. En Septembre 1998, deux entreprises publiques, Cameroon Telecommunications Mobile (CAMTEL MOBILE) et Cameroon Telecommunications (CAMTEL), sont créées pour prendre en charge respectivement la téléphonie cellulaire et la téléphonie filaire nationale en même temps que les télécommunications internationales. En Juin 1999, une licence de téléphonie mobile est délivrée à la Société Camerounaise des Mobiles (SCM), devenue ORANGE CAMEROUN en juin 2002, pour une durée de 15 ans renouvelable par période de 10 ans. En Février 2000, la privatisation de CAMTEL MOBILE est effective. La société sud-africaine MTN en est le concessionnaire pour une durée de 15 ans renouvelable par période de 10 ans. Ainsi, la société CAMTEL MOBILE est devenue MTN CAMEROON. La société CAMTEL fonctionne avec un capital social de cinquante milliards (50 000 000 000) de FCFA et son siège social est à Yaoundé. Elle est placée sous la tutelle du ministère des postes et des Télécommunications et est dotée d’un conseil d’administration composé de :
  16. 16. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 14  Un président  Six membres représentant l’Etat  Un membre représentant le personnel  Un membre représentant la commission technique de privatisation et des liquidations La gestion quotidienne de la société est assurée par un directeur général assisté de deux directeurs généraux adjoints. 2. Missions de l’entreprise Les principales missions de l’entreprise CAMTEL sont : - La réalisation des opérations commerciales - L’échange des comptes avec les autres opérateurs nationaux et internationaux des télécommunications. - L’étude, l’installation, l’exploitation et l’entretien de toutes les infrastructures nécessaires à la fourniture des services de télécommunications sur l’ensemble du territoire national ainsi que la connexion des réseaux nationaux aux réseaux étrangers. En décembre 2005, grâce à un partenariat signé avec l’entreprise chinoise Huawei, CAMTEL lance sur le marché le CT phone, téléphone mobile fonctionnant selon la norme CDMA2000. 3. Produits CAMTEL CAMTEL offre une gamme variée de services de télécommunications sur l’étendue du territoire national. Ses principaux produits sont :  La téléphonie (fixe et mobile)  L’internet (Connexion ; hébergement ; sites WEB)  Les réseaux d’entreprises (Commutation ; Liaisons spécialisées ; retransmission ; SAT3 ; VSAT)  Les cartes (Easy recharge ; Easy call ; E@sy net ; Carte à puce)
  17. 17. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 15 Chapitre 2 : Organigramme de CAMTEL La Cameroon Telecommunications est placée sous l’autorité d’un Directeur Général, assisté de deux Directeurs Généraux Adjoints. Elle comprend :  Des Services rattachés à la Direction Générale ;  L’Administration Centrale ;  Des Services Extérieurs. 1. Les services rattachés à la Direction Générale - L’Attaché de Direction ; - Le Cabinet ; - La Cellule de la Traduction ; - La Cellule des Affaires Juridiques et du Contentieux ; - La Division de l’Audit et du Contrôle de Gestion ; - La Division de la Stratégie et des Projets ; - Les Conseillers Techniques ; - Les Services Spéciaux. 2. L’Administration Centrale - La Direction des finances ; - La Direction des affaires Générales ; - La Direction des Ressources Humaines ; - La Direction de la facturation et du recouvrement ; - La Direction commerciale et du marketing ; - La Direction de l’Informatique et des réseaux spécialisés ; - La Direction du réseau International et de l’ingénierie ; - La Direction du réseau national et des infrastructures. 3. Les services extérieurs - La Direction régionale du Centre ; - La Direction régionale du Littoral ;
  18. 18. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 16 - Les Représentations régionales. 4. Schéma de l’organigramme Services rattachés à la direction générale Administration Centrale Direction Générale Services extérieurs Direction de la facturation et du recouvrement Direction des Ressources humaines Direction des affaires générales Direction des finances Inspection des services Division de la stratégie et du développement Cabinet Division de la radiophonie mobile Cellule de traduction Chargés de missions Services spéciaux Direction provinciale du centre Direction provinciale du Littoral Représentations provinciales Direction du réseau national et des infrastructures Direction du réseau international et de l’ingénierie Direction de l’Informatique et des réseaux spécialisés Direction commerciale et du marketing Attaché de direction Figure I : L’organigramme de CAMTEL
  19. 19. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 17 5. Situation géographique Figure 2 : Plan de localisation [DJEDMI,2010]
  20. 20. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 18 Deuxième partie : Propagation électromagnétique et antennes Chapitre 1 : Ondes électromagnétiques Le chapitre 1 que voici, part de la définition d’une onde électromagnétique, ses caractéristiques, présente les types de sources d’émission de ces ondes, et enfin le rayonnement électromagnétique émis par ces différentes ondes. 1.1. Définitions Les ondes électromagnétiques (OEM) font partie d’une grande famille appelée : le rayonnement électromagnétique. La lumière appartient à la même famille et elle est la seule onde à être visible. Tous les autres membres de cette famille notamment les rayonnements basses fréquences et radiofréquences, infrarouges, ultraviolets, X, gamma, nous sont invisibles. Une onde électromagnétique est la combinaison de deux champs : le champ électrique et le champ magnétique. Pour générer un champ électromagnétique, il suffit à la fois de produire un champ électrique par la présence de charges électriques, et un champ magnétique en provoquant le déplacement de ces mêmes charges électriques. Ces deux champs sont alternatifs et se déplacent à la vitesse de la lumière, soit 300 000 km/s. Les ondes électromagnétiques sont alors la propagation couplée de ces deux champs. Elles sont des vibrations définies par un mouvement ondulatoire sinusoïdal. C’est-à-dire que leur intensité varie, elle augmente et diminue en circulant par vague. Un champ électrique est mesuré en Volt par mètre (V/m), un champ magnétique en Ampère par mètre (A/m). C’est le physicien anglais Maxwell qui a étudié les rapports entre les deux champs, établissant ainsi des équations connues sous le nom d'équations de Maxwell en 1873.
  21. 21. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 19 On peut remarquer que : toute circulation de charges dans un conducteur produit une OEM. Les ondes électromagnétiques sont émises par deux types de sources à savoir : les sources naturelles et les sources artificielles. Pour les premières, L'homme de façon naturelle vit dans un environnement électromagnétique naturel issu du champ magnétique terrestre généré par l’activité solaire et atmosphérique. Les cellules vivantes (le coeur et le cerveau) produisent par ailleurs des champs électriques et magnétiques de très faible puissance. Les secondes quant-à elles, sont produites par l’ensemble des appareils électriques qui génèrent des ondes électromagnétiques (ou ondes EM). Les ondes émises par ces sources sont classées selon leur gamme de fréquences. Les ondes électromagnétiques sont classées en “ rayonnements ionisants ” et “ rayonnements non-ionisants ” en fonction de leur fréquence (également de leur puissance). Les rayonnements ionisants englobent les ondes à très haute fréquence. Il s’agit des UV, des rayons X, des rayons gamma et des rayons cosmiques. Ceux-ci se situent au-delà du spectre visible. Ces ondes sont dangereuses, car elles ont la capacité de rompre la composition des atomes. Alors qu’en dessous du visible, on retrouve les ondes radio, les radiofréquences, les micro-ondes, l’infrarouge,… Ces ondes émettent un rayonnement non-ionisant. 1.2. Caractéristiques d’une OEM Figure 3 : Onde électromagnétique E = champ électrique ; H = champ magnétique
  22. 22. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 20 E et H sont perpendiculaires à la direction de propagation. Et nous avons la relation : E = 377 x H. L'onde électromagnétique se propage en ligne droite, à la vitesse de la lumière dont v = c ≈ 300 000 km/s. N.B : Dans un matériau diélectrique de permittivité relative εr (isolant de câble coaxial, par exemple) la vitesse de propagation est inférieure à celle de la lumière et est donnée par la relation : 1.3. Propriétés de l’onde électromagnétique Les ondes électromagnétiques sont caractérisées par 3 paramètres, étroitement liés, qui permettent de les classer et qui déterminent aussi leur utilisation technologique et leur impact sur l’environnement. Il s’agit de :  leur longueur d'onde λ, qui est le trajet parcouru par l’onde durant une période T mesurée en mètres et définit par :  leur fréquence, mesurée en Hertz (Hz), et qui est le nombre de longueurs d'onde compris dans 1 seconde. L’énergie qu'elles transportent et qu'elles peuvent transmettre aux objets qu'elles rencontrent, est mesurée en Joules (J) ou en électronvolts (eV). Cette énergie transportée par une onde électromagnétique est d'autant plus grande que sa fréquence est grande, ou, ce qui revient au même, que sa longueur d'onde est petite.  La densité de puissance surfacique qui est flux énergétique reçu par unité de surface, s’exprimant en Watt/m². Elle est donnée par la relation : A ces trois principales propriétés, nous pouvons ajouter :  La polarisation qui est la direction de son champ électrique E.  si E garde une direction constante, on dit que la polarisation est rectiligne (il s’agit du cas le plus courant)  si E est horizontal (polarisation horizontale) ou vertical (polarisation verticale)  il existe aussi des polarisations circulaires et elliptiques.
  23. 23. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 21 Figure 4 : Polarisation d’une onde  La propagation : Les ondes radio se propagent de l’antenne d'émission à l’antenne de réception de diverses manières :  par onde directe, partant de l'émetteur et arrivant sur le récepteur sans rencontrer d'obstacles naturels (montagnes, couches atmosphériques) ou artificiels (immeubles, lignes à THT)  par onde réfléchie, lorsque l’onde rencontre un obstacle et est renvoyée dans sa totalité, ou en partie dans une direction différente. 1.4. Energie d’une onde électromagnétique L’énergie d’une onde électromagnétique ou énergie électromagnétique est l’énergie associée aux ondes électromagnétiques. Elle est en fait la généralisation, en régime quelconque, des concepts d’énergie électrostatique, associée au champ électrique et d’énergie magnétique associée au champ magnétique. D’après les équations de Maxwell, la densité d’énergie électromagnétique dans le vide ou l‘énergie volumique associée à l'onde électromagnétique est : Dans le cas d’une OEM, cette énergie se déplace et le flux d’énergie est donné par le vecteur de Poynting.
  24. 24. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 22 Le vecteur de Poynting, noté Π, S, ou encore R est un vecteur dont la direction indique, dans un milieu isotrope, la direction de propagation d'une onde électromagnétique et dont l'intensité vaut la densité de puissance véhiculée par cette onde. Le module de ce vecteur est donc une puissance par unité de surface, c'est-à-dire un flux d'énergie. Son expression est donnée par : où μ0 est la perméabilité du vide. Dans un matériau de perméabilité magnétique μ quelconque, il convient de prendre en compte l'excitation magnétique H définie par la relation B = μ H. L'expression plus générale du vecteur de Poynting est donc : . Ainsi, la puissance électromagnétique transportée à travers une surface quelconque S est le flux du vecteur de Poynting à travers cette surface ; soit : N.B : Les variations d‘énergie électromagnétiques sont dues à la propagation de l'onde, donc au flux du vecteur de Poynting. L’énergie électromagnétique peut être récupérée grâce aux panneaux photovoltaïques (il s’agit du rayonnement violet et ultraviolet) ou encore par les chauffe-eau solaires (infrarouge). Cette énergie est aussi récupérée par les plantes pour la photosynthèse. Dans le cas des ondes hertziennes (radio, TV, portables, …) l’énergie électromagnétique provoque la circulation d’un courant électrique dans l’antenne qui est transformée en son ou en image. 1.5. Le rayonnement électromagnétique Le rayonnement électromagnétique correspond à l’ensemble des radiations émises par une source qui peut être soit le soleil, soit la surface de la terre ou des océans ou l’atmosphère, ou bien encore le capteur satellitaire lui-même, sous forme d’ondes électromagnétiques ou de particules. Autrement dit le rayonnement électromagnétique désigne une forme de transfert d’énergie. Ainsi, il peut être décrit de manière corpusculaire comme la propagation des photons (notamment le Boson vecteur l’interaction électromagnétique), ou de manière ondulatoire comme une onde
  25. 25. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 23 électromagnétique. Il se manifeste sous la forme d’un champ électrique couplé à un champ magnétique. La propagation de ce rayonnement d’une ou plusieurs particules, donne lieu à de nombreux phénomènes tels que : l’atténuation, l’absorption, la diffraction et la réfraction… Les rayonnements électromagnétiques de courte longueur d’onde ou de fréquence élevée véhiculent davantage d’énergie que les rayonnements de grande longueur d’onde (basse fréquence). 1.6. Spectre électromagnétique Le spectre électromagnétique représente la répartition des ondes électromagnétiques en fonction de leur longueur d’onde, de leur fréquence ou bien encore de leur énergie. Figure 5 : spectre du rayonnement électromagnétique (1) Les ondes radios : leurs longueurs d’onde vont de quelques kilomètres à 0,3 m. Leur domaine de fréquence s’étend de quelques Hz jusqu’à 109 Hz. L’énergie des photons va pratiquement de 0 à 10-5 eV. Les ondes qui sont utilisées pour les transmissions radio et télévision sont produites par des dispositifs électroniques, essentiellement des circuits oscillants. (2) Les micro-ondes : leurs longueurs d’onde vont de 0,3 m à 10-3 m. Leur domaine de fréquence s’étend de 109 Hz à 3x1011 Hz. L’énergie des photons va 10-5 eV à 10-3 eV. Ces ondes sont utilisées dans les radars et d’autres systèmes de communication, les téléphones cellulaires, les fours à micro ondes, et aussi dans l’analyse très fin des détails très fins des structures atomiques et moléculaires. Elles sont également produites par des dispositifs électroniques.
  26. 26. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 24 La région des micro-ondes est également désignée par le sigle UHF (ultra- hautes fréquences par rapport aux fréquences radio) (3) Le spectre infrarouge : celui-ci couvre les longueurs d’ondes de 10-3 m à 7,8x10-7 m. Le domaine de fréquence s’étend de 3x1011 Hz à 4x1014 Hz et l’énergie des photons va de 10-3 eV à environ 1,6 eV. Ces ondes sont produites par les molécules et les corps chauds. Elles ont de nombreuses applications dans l’industrie, la médecine, l’astronomie. (4) Le spectre visible ou lumière : c’est une bande étroite formée par les longueurs d’onde auxquelles notre rétine est sensible. Il s’étend en longueur d’onde de 7,8x10-7 m à 3,8x10-7 m et en fréquence de 4x1014 Hz à 8x1014 Hz. L’énergie des photons va de 1,6 eV à 3,2 eV. La lumière est produite par les atomes et les molécules par suite des réajustements internes des mouvements de leurs composants principalement des électrons. Il n’est pas nécessaire d’insister sur l’importance de la lumière dans notre existence. (5) Les rayons ultra-violets : ils vont de 3,8x10-7 m à environ 6x10-10 m en longueur d’onde et de 8x1014 Hz à environ 3x1017 Hz en fréquence. L’énergie des photons correspondants va de 3 eV à 2x103 eV. Ces ondes sont produites par des atomes et des molécules dans des décharges électriques. Leur énergie est de l’ordre de grandeur de l’énergie mise en jeu dans de nombreuses réactions chimiques. Ce qui rend de beaucoup de leurs effets chimiques. Le soleil est une source très intense de rayonnement ultra-violet et c’est ce facteur qui est essentiellement responsable du brunissement de la peau. (6) Les rayons X : cette partie du spectre électromagnétique s’étend de 10-9 m à environ 6x10-12 m en longueur d’onde ou entre 3x1017 Hz et 5x1019 Hz en fréquence. L’énergie des photons va de 1,2x103 eV à 2,4x105 eV. Cette partie du spectre électromagnétique a été découverte en 1895 par le physicien allemand W. Roentgen au cours de l’étude des rayons cathodiques. Les rayons X sont produits par les électrons les plus fortement liés des couches internes des atomes. (7) Les rayons gamma : ces ondes électromagnétiques sont d’origine nucléaire. Elles recouvrent la limite supérieure du spectre des rayons X. Leurs longueurs d’onde s’étendent de 10-10 m à en dessous de 10-14 m ce qui correspond à un domaine de fréquence 3x1018 Hz à jusqu’à plus de 3x1022 Hz. Les énergies des
  27. 27. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 25 photons vont de 104 eV jusqu’à environ 107 eV. Ces énergies sont du même ordre que celles mises en jeu dans les processus nucléaires et l’absorption des rayons γ peut donc produire des modifications du noyau. Ces rayons sont produits par de nombreuses substances radioactives et sont présents en grande quantité dans les réacteurs nucléaires.
  28. 28. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 26 Chapitre 2 : Propagation La propagation d’une onde dans l’espace libre, objet de ce chapitre 2 fait intervenir plusieurs facteurs notamment ceux reliés aux antennes, les paramètres électriques du milieu, la distance et la fréquence de l’onde. L’étude technique de la propagation des ondes exige une bonne connaissance du gabarit de fréquences utilisables pour l’application, du niveau du signal minimum nécessaire à la réception pour assurer la qualité demandée et d’autres paramètres dont le type d’environnement, les conditions atmosphériques ou les contraintes physiques. 2.1. Propagation électromagnétique dans le vide et dans les diélectriques (théorie) 2.1.1. Propagation des ondes électromagnétiques dans le vide Dans le vide, les équations de Maxwell s’écrivent : Les équations de Maxwell-Faraday et Maxwell-Ampère donnent : Ainsi, l’onde se propage avec une célérité : 2.1.2. Propagation dans un milieu diélectrique - Dans un milieu sans perte, (σ = 0 et ε réel), nous avons la relation : - Dans un milieu avec pertes conductrices (σ fini et ε réel), nous obtenons la relation :
  29. 29. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 27 avec : εe est la permittivité équivalente ; elle peut s’écrire également sous la forme : avec : δ étant l’angle de pertes du diélectrique. tg(δ) est le facteur de pertes du diélectrique. - Dans un Milieu avec pertes conductrices et diélectriques (σ fini et ε complexe), nous ainsi la relation : avec : où εe est la permittivité équivalente et σe est la conductivité équivalente. 2.2. Modes de propagation Il existe différents moyens de transmettre une information entre deux points T (transmission ou émission) et R (réception) dans l’environnement terrestre. Il faut alors tenir compte de l’existence du sol et de l’atmosphère. En se référant à la figure ci-dessous, on constate alors qu’il y a quatre façons principales d’atteindre théoriquement le point R à partir du point T. il s’agit de :  L’onde directe avec ou sans réfraction (1 et 1’ respectivement) ;  L’onde réfléchie (2) ;  L’onde de surface (3) ;  L’onde de réflexion ionosphérique ou l’onde de ciel (4). L’onde directe et l’onde réfléchie forment l’onde d’espace.
  30. 30. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 28 Figure 6 : Modes de propagation électromagnétique Chacune de ces différentes façons représente un mode particulier de propagation qui existe ou non ; selon divers critères. On devra ainsi tenir compte des modes dominants afin de faire les choix qui s’imposeront lors de la conception du système de communication dont celui de l’emplacement stratégique des antennes, leur type, la polarisation, etc. Alors il va falloir déterminer la présence ou l’absence d’un mode dépendant des paramètres suivants : • La fréquence d’opération f ; • La distance entre les antennes émettrice et réceptrice d ; • Le type d’antenne et la polarisation ; • La nature du sol. Il est essentiel de comprendre les principes de la propagation des ondes afin de pouvoir s’assurer des chances et des conditions d'établissement d'une liaison radio entre deux points de la surface de la Terre ou entre la Terre et un satellite. La propagation des ondes permet par exemple :  Le calcul de la puissance minimale d'un émetteur de radiodiffusion afin d'assurer une réception confortable sur une zone déterminée ;  La détermination de la position d'un relais pour la radiotéléphonie mobile ;  L'estimation des chances d'établissement d'une liaison transcontinentale sur ondes courtes ;  L'étude des phénomènes d'interférence entre émetteurs ;
  31. 31. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 29  Le calcul du champ électromagnétique à proximité d'un équipement d'émission (relais, émetteur de télévision...) pour déterminer les risques encourus par la population se trouvant à proximité.  L'anticipation de la transmission par calcul de la couverture de l'émetteur, des phénomènes de propagation qui ont lieu à travers le canal (guidage d'onde, réflexions, diffractions etc.). Le niveau du signal reçu à l'extrémité du parcours sera fonction de la fréquence d'émission, la saison, l'heure du jour, la direction et la distance entre l'émetteur et la station réceptrice, etc. L'étude des lignes de transmission et des phénomènes de propagation d'un signal dans une ligne peut aider à optimiser les câbles utilisés dans la mise en place d'un réseau de transmission ou pour l'alimentation d'une antenne. 2.3. Propagation dans l’espace Les ondes électromagnétiques subissent en se propageant :  la réflexion  la réfraction  l’absorption  la diffraction Si le milieu est homogène, la propagation s’effectue en ligne droite comme en optique géométrique. Le passage entre deux milieux homogènes donne lieu à la réflexion et à la réfraction des ondes. La présence d’un obstacle, discontinuité brutale du milieu, entraîne une discontinuité du champ électromagnétique : il y a diffraction. 2.4. Propagation guidée Pour transporter de l'énergie à haute fréquence d'un point à un autre, on n'utilise pas une rallonge électrique ordinaire mais une ligne de transmission aux caractéristiques appropriées. Une ligne peut être constituée soit par un guide d'onde, tube métallique à l'intérieur duquel se propage l'onde, soit par une ligne en "mode TEM", constituée en général par deux conducteurs parallèles. La ligne TEM est composée de deux conducteurs électriques parallèles séparés par un diélectrique, très bon isolant aux fréquences utilisées (air, téflon
  32. 32. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 30 polyéthylène...). Si l'un des conducteurs est entouré par l'autre, on parle alors de ligne coaxiale. Une ligne de transmission est censée ne pas rayonner. Cette condition est en pratique satisfaite avec un câble coaxial. Avec une ligne bifilaire, la distance entre les deux conducteurs doit être très petite par rapport à la longueur d'onde, et aucun obstacle ne doit se situer à proximité des deux conducteurs. Aux hyperfréquences, on utilisera un guide d'onde qui, à longueur égale, aura moins de pertes qu'un câble coaxial.
  33. 33. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 31 Chapitre 3 : Antennes Le chapitre 3 dont le titre est ’’Antennes’’ nous présente dans le cas général ce qu’est une antenne, ses caractéristiques, son mode de fonctionnement autant que les différents types selon leur classification. Par la suite est traité le cas particulier des antennes CDMA utilisées par CAMTEL. Les antennes servent à communiquer sur les grandes distances, car les communications sur petites distances sont moins coûteuses avec l’emploi des câbles ou de guides d’ondes. Les antennes furent utilisées pour la première fois par Heinrich Hertz (1857-1894) en 1889 afin de démontrer l’existence des ondes électromagnétiques prédites en avance par la théorie de James Clerk Maxwell. En radioélectricité, une antenne est vue comme un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de capter (récepteur) les ondes électromagnétiques.  L’antenne émettrice tire sa puissance de l’émetteur qui l’alimente ; celui- ci étant vu comme une charge.  Alors que l’antenne réceptrice fournit la puissance captée au récepteur ; celui-ci agissant comme une source avec sa propre impédance interne. Les antennes sont une composante très importante utilisée dans les systèmes de communication. Les antennes présentent une propriété connue sous le nom de réciprocité, ce qui signifie qu'une antenne maintiendra les mêmes caractéristiques pendant transmission et la réception. La plupart des antennes sont des dispositifs résonnants et fonctionnent efficacement sur une bande de fréquence relativement étroite. Une antenne doit être accordée à la même bande de fréquence que le système par radio auquel elle est reliée, autrement la réception et la transmission seront altérées.
  34. 34. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 32 3.1. Paramètres d’une antenne Une antenne est caractérisée par les paramètres ci-après :  L’impédance d’antenne Il s'agit du rapport complexe observé entre la tension et le courant à l'entrée d'une antenne en émission. Elle est donnée par la relation : Z = R + j X où X = partie réactive due aux champs d’induction au voisinage de l’antenne (Réactance) R = partie active reliée aux champs rayonnés et aux pertes joules (Résistance) En réalité, la résistance d’antenne R = Rp + Rr est la somme de deux types de résistance qui traduisent les différentes utilisations de l'énergie absorbée : La première Rp est la résistance liée aux pertes par effet Joule dans l'antenne tandis que la deuxième Rr est la résistance de rayonnement liée à l'énergie utile rayonnée par l'antenne dans l'espace qui l'entoure.  Cette résistance du rayonnement est responsable du rayonnement de l’antenne, car sans elle, aucune puissance active fournie à l’antenne n’est émise. Elle doit être plus élevée possible afin d’accroître l’importance des champs rayonnés.  La fréquence d'utilisation C’est la fréquence à laquelle l'antenne possède des capacités optimales pour émettre ou recevoir l'énergie électromagnétique correspondante dans l'espace environnant. Cette fréquence de résonance d'une antenne dépend d'abord de ses dimensions propres, mais aussi des éléments qui lui sont ajoutés.  Le diagramme de rayonnement En théorie l'énergie rayonnée par une antenne est répartie inégalement dans l'espace, certaines directions étant les plus privilégiées : ces distances sont les « lobes de rayonnement ». Le diagramme de rayonnement d'une antenne permet donc de visualiser ces lobes dans les trois dimensions, dans le plan horizontal ou dans le plan vertical incluant le lobe le plus important (lobe principal). Le diagramme de rayonnement complet peut être résumé en quelques paramètres utiles à savoir :
  35. 35. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 33  La directivité : La directivité de l'antenne dans le plan horizontal est une caractéristique importante dans le choix d'une antenne. Une antenne directive possède un ou deux lobes nettement plus importants que les autres nommés « lobes principaux ». Elle sera d'autant plus directive que le lobe le plus important sera étroit. La directivité correspond à la largeur du lobe principal, entre les angles d'atténuation à 3 dB. N.B : Pour une antenne équidirective ou omnidirectionnelle, le rayonnement se fait de la même façon dans toutes les directions du plan horizontal. Figure 7a : Diagrammes d'émission d'antennes  Le gain : Il définit l'augmentation de puissance émise ou reçue dans le lobe principal. Il est dû au fait que l'énergie est focalisée dans une seule direction. Il s'exprime en dBi (décibels par rapport à l'antenne isotrope).  Les lobes secondaires : Aux angles proches du lobe principal, une antenne présente des minima et maxima relatifs appelés « lobes secondaires » qu'on essaye de minimiser. Les antennes à grande directivité présentent quant-à elles des lobes faibles et irréguliers dans tous les autres angles, appelés « lobes diffus ». Le niveau général de ces lobes secondaires décrit la sensibilité de l'antenne au brouillage (cas des télécommunications).  L’angle de départ vertical : Il s’agit de l'angle du lobe principal dans le plan vertical. Il définit les performances d'une antenne vis-à-vis des modes de propagation ionosphérique.
  36. 36. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 34 Figure 7b : diagramme de rayonnement d’une antenne  La polarisation La polarisation d'une antenne est celle du champ électrique E de l'onde qu'elle émet. Un dipôle demi-onde horizontal par exemple a une polarisation horizontale, certaines antennes ont une polarisation elliptique ou circulaire. La polarisation circulaire est utilisée si les antennes d'émission et de réception sont orientées de façon aléatoire, par exemple pour les satellites défilants ou non stabilisés.  Le rendement C’est le rapport de la puissance effectivement rayonnée (qui est la somme des puissances émises dans toutes les directions) avec la puissance fournie par la ligne de transmission. Le rendement est fonction du rapport entre la résistance des pertes et la résistance du rayonnement. Une antenne aura un bon rendement si la résistance de pertes est faible devant la résistance de rayonnement.  La forme et les dimensions La forme et les dimensions d'une antenne sont extrêmement variables : celle d'un téléphone portable est parfois invisible car se trouvant à l'intérieur du boîtier ou se limitant à une petite excroissance sur l'appareil. En général, les dimensions d'une antenne seront d'autant plus grandes que son gain sera élevé et son lobe principal plus étroit. 3.2. Types d’antennes Les formes d'antennes sont multiples et diversifiées, mais peuvent être regroupées en familles comme suit :
  37. 37. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 35 3.2.1. Antennes élémentaires Elles peuvent être utilisées isolément ou comme éléments de réseaux. Ces antennes ne permettent qu'une polarisation linéaire. Dans cette catégorie, on peut citer :  l’antenne isotrope est une référence théorique irréalisable, qui rayonnerait également dans toutes les directions. Elle ne sert que de référence à l'évaluation du gain.  l’antenne dipolaire ou « dipôle demi-onde » ou « doublet demi-onde » est constituée d'un élément conducteur de longueur égale à la demi- longueur d'onde. Son impédance caractéristique est résistive et voisine de 73 Ω pour un dipôle isolé dans l'espace. Elle est caractérisée par un rayonnement perpendiculaire au brin et est économique. Figure 8 : Antenne dipôle  l'antenne « monopôle » ou « quart d'onde » est constituée d'un élément de longueur égale au quart de longueur d'onde, perpendiculaire à un plan conducteur. Elle se comporte comme un demi-dipôle, le plan conducteur agissant en miroir. Son impédance caractéristique est la moitié de celle du dipôle soit environ 37 Ω. Elle nécessite un plan de masse, elle est omnidirectionnelle dans le plan horizontal et moins encombrante que le dipôle.
  38. 38. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 36 Figure 9 : Antenne quart-d’onde 3.2.2. Antennes en réseaux Les antennes élémentaires peuvent être assemblées en réseaux à une ou deux dimensions, augmentant ainsi le gain et la directivité de l’antenne. Dans cette famille, nous énumérons :  l'antenne rideau ou « colinéaire » comporte en VHF/UHF plusieurs dipôles alimentés par une ligne parallèle, en général devant un réflecteur.  L'antenne "cierge", qui est omnidirectionnelle dans le plan horizontal. Elle est composée de plusieurs dipôles demi-onde alimentés de façon à rayonner en phase.  L'antenne Yagi-Uda à éléments parasites, qui est la plus connue du public : c'est le « râteau » utilisé pour la réception de la télévision analogique ou numérique terrestre.  les antennes hybrides (planaire + éléments) plus connues en TNT sous antenne compacte. 3.2.3. Antennes à réflecteurs En hyperfréquences, certaines antennes peuvent utiliser des montages similaires à l'optique, avec des réflecteurs plans ou paraboliques. Il s’agit des antennes à réflecteurs. On peut citer ici :  l'antenne parabolique qui est la plus connue pour son usage en télévision satellitaire. Elle a un gain élevé lié au diamètre du réflecteur et est très directive.
  39. 39. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 37 Figure 10 : Antenne parabolique  Les antennes de très grands diamètres utilisées en transmissions spatiales ou en radioastronomie utilisent aussi des montages type Cassegrain similaires aux télescopes. 3.2.4. Antennes pour polarisation circulaire Elles sont constituées d’une combinaison de deux antennes élémentaires croisées permettant d'émettre ou de recevoir en polarisation circulaire. Nous citons ici :  L'antenne Yagi croisée qui combine deux antennes Yagi avec un déphasage de 90 °.  L'antenne hélice monofilaire, de forme « tire-bouchon » permet de réaliser un diagramme étroit, adapté par exemple à la poursuite de satellites.  L'antenne hélice quadri filaire permet de réaliser un diagramme favorisant les angles latéraux (elle est utilisée en communications spatiale avec les satellites défilants). 3.2.5. Antennes à guide d'onde Il s’agit de :  l'antenne cornet utilisée en hyperfréquence est une ouverture rayonnante excitée par un guide ou un monopôle, qui est rectangulaire en polarisation linéaire, et circulaire en polarisation circulaire. Elle est très directive et .possède un gain élevé.
  40. 40. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 38 Figure 11 : Antenne cornet  les antennes à fentes constituées par les réseaux de fentes rayonnantes qui sont des réseaux de dipôles ouverts sur un guide. 3.3. Mode d'alimentation d’une antenne Une antenne est généralement déployée à l'extérieur, voire fixée au sommet d'un mât. Pour acheminer vers cette antenne l'énergie à haute fréquence fournie par l'émetteur ou en sens inverse amener le signal capté par l'antenne jusqu'à l'entrée du récepteur, on utilise une ligne de transmission ou un guide d'onde. Afin d’obtenir un fonctionnement optimal, l'impédance au point d'alimentation de l’antenne doit être égale à l'impédance caractéristique de la ligne d'alimentation. Outre cette adaptation des impédances, une antenne symétrique (comme le doublet demi-onde) doit être alimentée par une ligne symétrique (comme la ligne bifilaire) ou par un système rendant l'alimentation symétrique. Alors qu’une antenne asymétrique (comme l'antenne verticale) sera alimentée par une ligne asymétrique (c’est le cas d’un câble coaxial). Une antenne peut également être alimentée par une ligne de transmission à haute impédance, constituée de deux fils parallèles en l'air, d'impédance caractéristique 600 Ohms. L'adaptation à une ligne de transmission classique se fait alors à son extrémité. En hyperfréquences, on utilise aussi des guides d'ondes qui sont de sortes de tubes de section rectangulaire ou elliptique dans lesquels circulent les ondes. Les guides d'onde permettent d'acheminer les ondes avec des pertes minimales et supportent des puissances élevées.
  41. 41. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 39 D’autre part, pour permettre le fonctionnement d'une antenne élémentaire sur une large bande de fréquence, un système adaptateur d'antenne peut être inséré, adaptant pour chaque fréquence l'impédance complexe de l'antenne à la ligne de transmission. 3.4. Antennes de réception Toute antenne d'émission est adaptée à la réception. Toutefois certaines antennes utilisées en réception ont un rendement très faible en émission ou bien ne pourraient supporter une puissance d'émission importante en raison des pertes ou des surtensions trop élevées qui pourraient les détériorer. Les antennes de réception dites « actives » incorporent un préamplificateur-adaptateur entre l'élément d'antenne et la ligne de transmission. 3.5. Champs crées autour d'une antenne Une antenne, utilisée en émission, ne crée une onde plane qu'à partir d’une certaine distance. Ainsi, on peut distinguer quatre principales zones dans l'environnement de l'antenne, au fur et à mesure qu'on s'éloigne de celle-ci :  La zone de champs réactifs : Très proche des éléments composant l'antenne, on y trouve dans cette zone des champs E et des champs H, qui sont fonction des tensions et des courants sur ces conducteurs. À proximité d'une tension élevée, on trouvera essentiellement un champ E, alors qu’à proximité des courants, on trouvera essentiellement un champ H.  La zone de Rayleigh : Il s’agit d’une zone où la puissance par unité de surface décroît peu en fonction de la distance, bien que le rapport E/H soit déjà proche de 377 Ohms. Cette zone, surtout identifiable pour les antennes à gain, s'étend jusqu'à une distance égale au carré de la dimension de l'antenne (mesurée dans une direction perpendiculaire à la direction considérée), divisé par lambda/2.  La zone de Fresnel : Au-delà de la zone de Rayleigh, on constate que le rapport E/H s'est équilibré à 377 ohms. Mais on observe des variations importantes des champs, et même des ondulations si l'antenne est de grande dimension.
  42. 42. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 40 On ne peut pas faire de mesure du gain de l'antenne dans cette zone car dans la direction du maximum de rayonnement, les différentes parties de l'antenne censées rayonner en phase à l'infini, ne rayonnent pas encore en phase.  La zone de Fraunhofer : Elle est caractérisée de la façon suivante : Dans cette zone, si l’on s'éloigne indéfiniment dans la même direction, on constate que la différence des distances entre les points de l'antenne ne varie plus. Alors dans la direction du maximum de rayonnement, les différentes parties de l'antenne censées rayonner en phase à l'infini, rayonnent bien en phase. Dans cette zone, qui s'étend jusqu'à l'infini, on peut considérer que l'on a une onde plane, les champs décroissent en 1/r, et on peut mesurer le gain de l'antenne. C'est aussi uniquement dans cette zone que le diagramme de rayonnement est valable. Cette zone commence à une distance égale à deux fois le carré de la plus grande dimension perpendiculaire à la direction considérée, divisé par lambda. Cette distance peut être très grande pour les antennes à grand gain. N.B : Pour mesurer le gain d'une antenne à grand gain, il est donc important de savoir définir la zone de Fraunhofer.
  43. 43. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 41 3.5. Application : présentation des antennes CDMA utilisées par CAMTEL  Le type DX-450-470-65-15i-0F Propriétés électriques Gamme de fréquences (MHz) 450-470 Polarisation ± 45° ROS ≤ 1.5 Gain (dBi) 15 3dB faisceau (horizontal) 65° 3dB faisceau (vertical) 16° Isolation entre les entrées (dB) ≥ 30 Avant le ratio de retour (dB) ≥ 25 Traversez rapport polaire (dB) ≥ 15 Électrique downtilt 0° intermodulation IM5 (dBc) ≤ -160 (2 × 43 porte-dBm) Max. CW puissance (W) 500 Impédance (Ω) 50 Grounding DC Tableau 1 : propriétés électriques d’une antenne CDMA Propriétés mécaniques Dimensions (H x L x P) (mm) 2042 × 486 × 98 Packing dimensions (H x L x P) (mm) 2271 × 596 × 261 Poids Net (kg) 28.3 Bracket poids (kg) 6.5 Packing poids (kg) 42.2 Mécanique downtilt 0° - 16° Diamètre de mât (mm) 50 – 115 Radome material Fiberglass Température opérationnelle - 55 - + 65 Électrique downtilt 0° Charge de vent frontal (N) Charge de vent latéral (N) Charge de vent face arrière (N) 740(v=150km/h) 220 (v=150km/h) 1100 (v=150km/h) Max. la vitesse du vent (km / h) 200 Connecteur 2 × 7/16 DIN Femelle Tableau 2 : propriétés mécaniques d’une antenne CDMA
  44. 44. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 42 Diagramme de rayonnement par gabarit de fréquence 450 - 460 MHz 455 - 465 MHz 460 - 470 MHz Figure 12 : Antenne CDMA utilisée par CAMTEL
  45. 45. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 43  Coordonnées GPS des antennes relais CAMTEL dans certains quartiers de la ville de Yaoundé Camtel HQ-0 11.51877 3.8625 Camtel HQ-1 11.51877 3.8625 Camtel HQ-2 11.51877 3.8625 Nkomo-0 11.54321 3.84384 Nkomo-1 11.54321 3.84384 Nkomo-2 11.54321 3.84384 Nkolbisson-0 11.45458 3.87273 Nkolbisson-1 11.45458 3.87273 Nkolbisson-2 11.45458 3.87273 Jamot-0 11.52453 3.89903 Jamot-1 11.52453 3.89903 Jamot-2 11.52453 3.89903 Iccnet-0 11.5459 3.8898 Iccnet-1 11.5459 3.8898 Tableau 3 : coordonnées GPS des antennes relais CAMTEL dans ville de Yaoundé Ministry of P&T-0 11.51255 3.86587 Ministry of P&T-1 11.51255 3.86587 Ministry of P&T-2 11.51255 3.86587 Biyem Assi-0 11.48538 3.83441 Biyem Assi-1 11.48538 3.83441 Biyem Assi-2 11.48538 3.83441 Mvan-0 11.5175 3.8372 Mvan-1 11.5175 3.8372 Mvan-2 11.5175 3.8372 Nsimalen(Air Port)-0 11.54833 3.72118 Nsimalen(Air Port)-1 11.54833 3.72118 Nsimalen(Air Port)-2 11.54833 3.72118 University PTT-0 11.50369 3.85631 University PTT-1 11.50369 3.85631
  46. 46. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 44 Troisième partie : Radiofréquences et santé Chapitre 4 : Effets des ondes radio sur le vivant : cas du téléphone mobile Le présent chapitre décrit le principe de fonctionnement d’un téléphone mobile, présente de quelle manière un appel téléphonique est transmis de l’appelant, en passant par les antennes relais, la centrale téléphonique, les BTS afin de parvenir à l’appelé. Par ailleurs, il présente comment parvenir à une bonne gestion de son mobile et des appels téléphoniques afin d’être à l’abri des conséquences liées à l’utilisation de cette technologie. 4.1. Introduction L'utilisation de plus en plus répandue dans la vie courante, mais aussi en milieu professionnel, du radiotéléphone cellulaire, appelé communément « portable », a conduit à des préoccupations de trois ordres concernant la santé et la sécurité des personnes, en particulier sur les lieux de travail.  Les effets du champ électromagnétique sur la tête de l'utilisateur, appelés plus généralement effets biologiques. La préoccupation est notamment exprimée par des médecins spécialistes en ce domaine. Elle est cependant plus affirmée pour les éventuels effets sur les organes de la tête.  Les effets possibles sur les stimulateurs cardiaques et autres implants actifs. Il s'agit d'un problème spécifique de compatibilité électromagnétique (CEM) relatif à des dispositifs médicaux. Un éventuel dysfonctionnement (arrêt, emballement, déprogrammation, etc.) de ce type de système électronique peut présenter des conséquences dangereuses pour la santé de la personne qui en est munie.
  47. 47. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 45  Les effets sur les systèmes électroniques pilotant les machines et processus industriels et sur les dispositifs assurant la sécurité des personnes aux abords de machines dangereuses. Il s'agit là du problème de la CEM entre les portables et ces systèmes. L'effet perturbateur du champ électromagnétique a conduit à certains dysfonctionnements constatés en milieu industriel et parfois, à l'interdiction du portable dans des locaux où sont implantés des systèmes électroniques. 4.2. Le fonctionnement d’un réseau de téléphonie mobile Le téléphone convertit la voix en un signal électrique émis sous forme d’ondes de radiofréquences qui se propagent par l’intermédiaire de l’antenne du téléphone jusqu’à une antenne-relais. Le signal est ensuite transmis par le réseau (filaire, hertzien, fibre optique, satellite…) jusqu’au correspondant. Autrement dit, le téléphone mobile communique par ondes radio avec l’antenne-relais du réseau de votre opérateur la plus proche. Le signal ainsi reçu est ensuite véhiculé via le réseau téléphonique filaire jusqu’au destinataire de l’appel. Les opérateurs installent des antennes relais principalement pour améliorer la couverture du territoire. Elles permettent par conséquent d’éviter les saturations locales dues à un trop grand nombre d’appels d’abonnés. Elles offrent à tous les utilisateurs la possibilité d’accéder à de nouveaux services utiles, multimédias et mobiles, et à l’internet mobile à haut débit. Figure 13a : Schéma du cheminement d’un appel téléphonique
  48. 48. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 46 Figure 13b : Schéma du cheminement d’un appel téléphonique Tout comme la radio et la télévision fonctionnent grâce à des émetteurs, les téléphones mobiles ne pourraient pas fonctionner sans antennes-relais. L’antenne-relais de téléphonie mobile est en réalité un émetteur-récepteur d’ondes radio indispensable au fonctionnement des téléphones mobiles. Par ailleurs, les téléphones mobiles fonctionnent selon le principe cellulaire. Ce principe veut que le territoire soit divisé en cellules desservies chacune par un émetteur-récepteur fixe appelé station de base. La dimension des cellules varie typiquement de quelques centaines de mètres, en milieu urbain, a quelques kilomètres en milieu rural. Chaque cellule se voit alors allouer des canaux à repartir dans une bande de fréquence donnée. La station de base qui lui est affectée assure la communication avec les mobiles situés dans la cellule au moyen d’une antenne. Il s’établit entre la station de base et le mobile une liaison bilatérale, en émission et en réception. Le contrôle du bilan de puissance est assuré par la station de base qui, selon les conditions de liaison et de trafic, ajuste au mieux la puissance du mobile et celle de la station de base. 4.3. Débit d’Absorption Spécifique (DAS) Pour les téléphones mobiles, c’est le Débit d’Absorption Spécifique (DAS) qui est utilisé pour quantifier le niveau d’exposition d’un usager, et plus particulièrement de sa tête. Le DAS représente la densité de puissance dissipée par unité de masse de tissus. Il s’exprime en W/kg. N.B : La recommandation européenne qui sert de référence stipule que la valeur maximale du DAS intégré dans 10 g de tissu ne doit pas excéder 2 W/kg.
  49. 49. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 47 La norme américaine quant-à elle fixe la valeur maximale du DAS intégré dans 1 g de tissu à 1,6 W/kg. La valeur du DAS d’un mobile dépend en grande partie de son antenne qui est elle-même fortement couplée au corps du téléphone mobile, parfois même y est intégrée, mais aussi à la main et à la tète de l’usager. Actuellement, le DAS des téléphones mobiles du commerce s’échelonne typiquement entre 0,15 W/kg et 0,7 W/kg. Des prélèvements périodiques sur la chaine de fabrication permettent de contrôler que cette valeur est bien vérifiée d’un téléphone mobile à un autre pour un modèle donné. Le débit d'absorption spécifique se calcule à partir des grandeurs physiques suivantes : 1. le champ électrique dans les tissus : 1 2. la densité de courant dans les tissus : 3. l‘élévation de température dans les tissus : E .... champ électrique en V/m J .... densité de courant [A/m2], obtenue à partir des champs magnétique et/ou électrique. ρ .... densité du tissu kg/m3 σ …. conductivité électrique du tissu S/m ci .... capacité thermique du tissu en J/(kg K) dT/dt .... dérivée de la température des tissus par rapport au temps en K/s A l’achat d’un téléphone mobile, il est important de regarder la valeur du débit d’absorption spécifique inscrite sur l’emballage. Ce paramètre est en rapport avec l’effet thermique produit par l’appareil. La valeur du DAS varie avec chaque appareil. Elle peut, par exemple, être de 0,46 W/Kg pour un Panasonic X70, et de 1,41 W/Kg pour un Sonny Ericsson modèle 3G. Dans la 1 SAR : Specific Absorption Rate (DAS en langue anglaise)
  50. 50. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 48 catégorie d’appareils que l’on souhaiterait acquérir, il faudra donner sa préférence à l’appareil qui présente la valeur la plus basse de DAS. 4.4. DAS de quelques mobiles selon les constructeurs Constructeur Référence DAS en W/kg Constructeur Référence DAS en W/kg Samsung SGH G800 0,19 Nokia N72 0,82 Samsung SGH F210 0,20 Nokia 3110 0,88 Qtek S200 0,20 Nokia 6555 0,88 Samsung SGH M110 0,29 HTC Touch Cruise 0,88 Nokia 9300 0,29 Motorola ROKR E8 0,89 Samsung SGH D500 0,31 Nokia 8600 0,90 Samsung SGH E900 0,36 Motorola L6i 0,90 Samsung SGH L600 0,38 Sony Ericsson Z710i 0,90 Samsung SGH I620 0,39 Samsung SGH I600 0,92 Samsung SGH F490 0,40 Nokia 5500 Sport 0,92 Nokia 9300i 0,43 Sagem MY700X 0,95 Samsung SGH E950 0,44 Nokia 5200 0,95 Samsung SGH J700 0,44 Motorola SLVR L7 0,95 Samsung Z650i 0,47 Nokia 6131 0,96 LG KE 970 0,47 Nokia 3109 Classic 0,96 Samsung SGH S730i 0,48 Nokia 6500 Classic 0,96 Sony Ericsson K800i 0,50 Nokia N81 8Go 0,97 Samsung SGH F400 0,50 Samsung Armani 0,97 LG KE 590i 0,50 APPLE I PHONE 0,97 LG KF 750 0,50 HTC S 620 0,98 Motorola MOTORKRZR K1 0,51 HTC Touch Dual 1,59 LG KE 500 0,51 Sony Ericsson K770i 1,69 Samsung SGH C300 0,52 Sony Ericsson W880i 1,69 BLACKBERRY 8100 0,82 Sony Ericsson T650i 1,80 Tableau 4 : DAS de quelques mobiles selon les constructeurs
  51. 51. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 49 N.B : Nous observons une diminution du DAS avec l’évolution des technologies et du N° de série de chacun des mobiles concernés. 4.5. Comment utiliser son téléphone mobile ? Le téléphone mobile ou encore téléphone GSM2 continu à émettre des micro-ondes à l’état de veille. Ce n’est que lorsqu’il est éteint qu’il cesse d’émettre. Il convient donc de couper son GSM chaque fois que cela est possible. Il faut, autant que possible, éviter le contact du téléphone avec la tête. Il est bon d’éloigner le combiné de la tête, surtout lorsque l’appareil recherche le réseau du correspondant, l’émission des micro-ondes à ce moment pouvant être fort importante. Il faut éviter de porter le téléphone mobile en veille sur soi et particulièrement de le porter dans la poche son pantalon, à proximité des organes génitaux, ou dans la poche gauche sur la poitrine, près du coeur. N.B : L’utilisation du kit oreillette ne fait que diminuer certaines nuisances, il n’est donc pas du tout une garantie de sécurité absolue. 4.6. D’où et quand téléphoner avec un téléphone mobile ? Il n’est pas conseiller d’utiliser un téléphone mobile dans des espaces clos, les caves de bâtiment, les parkings souterrains ou dans tout autre endroit où il n’ya pas de réseau suffisant pour obtenir une communication convenable. Dans ce cas, en effet, le champ électromagnétique émis par l’appareil est beaucoup plus important que dans une situation normale. Utiliser un téléphone mobile dans une voiture, un train, un tram ou un métro n’est pas recommandé. Car l’appareil doit constamment « chercher » une antenne relais permettant de poursuivre la communication et il augmente alors sa puissance d’émission des micro-ondes. La puissance d’émission de l’appareil est plus importante dans les zones rurales que dans les zones urbaines. A la campagne, il vaut donc mieux ne pas s’attarder au téléphone mobile. Il faut éviter de téléphoner en présence des produits inflammables tels que : l’essence, l’alcool ou l’éther. Il faudra donc être prudent dans des lieux où l’on peut rencontrer ces substances (stations d’essence, hôpitaux…). En 2 GSM : Global System for Mobile communications
  52. 52. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 50 présence de ces substances, un téléphone mobile est capable de déclencher un incendie. Il faut éviter de téléphoner avec un mobile par temps de pluie, de neige ou de brouillard, car alors, les communications sont parfois plus difficiles et l’appareil devra augmenter la puissance de son émission. Par temps d’orage, il vaut mieux éviter toute conversation téléphonique et même fermer complètement son mobile afin d’éviter tout risque d’électrocution. 4.7. Combien de temps peut-on téléphoner avec un mobile ? Avec l’usage d’un téléphone mobile, des symptômes tels que sensation de chaleur autour de l’oreille et maux de tête peuvent apparaître. Si certains considèrent ces symptômes comme mineurs, il n’en reste pas mois vrai qu’ils surviennent plus souvent et ceci de façon significative, quand augmente la durée de l’appel ou quand augmente le nombre d’appel par jour. Les auteurs d’une étude menée dans les facultés de l’université d’Alexandrie en se basant sur la fréquence et la durée des appels engendrant certains troubles de santé des usagers, recommandent de limiter chaque appel à 4 minutes, de limiter le nombre d’appels journaliers à 6 et de ne pas dépasser une durée d’exposition totale de 22 minutes par jour. N.B : La prudence veut donc que l’on limite l’emploi du téléphone mobile. En pratique ceci veut dire qu’il faut en réserver l’emploi pour ce qui est essentiel, indispensable ou urgent. 4.8. 12 Bons reflexes à adopter pour limiter son exposition 1) Pas de téléphone mobile pour les moins de 15 ans. La croissance de leur organisme en développement les rend particulièrement vulnérables à tous les rayonnements électromagnétiques, ceux des mobiles inclus. Et plus l'exposition est précoce, plus les doses de rayonnement accumulées sont importantes. L'accès à un téléphone mobile doit être exceptionnel, en cas d'urgence par exemple. 2) Il est officiellement recommandé de ne jamais approcher un téléphone mobile en fonctionnement du ventre d’une femme enceinte (l’eau du placenta et les cellules de l'embryon sont très sensibles à l'énergie
  53. 53. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 51 dégagée par le portable) ou à moins de 20 cm de tout implant métallique, cardiaque ou autre, afin de limiter le risque d’interférence électromagnétique. 3) Choisir et utiliser un téléphone mobile dont la valeur de DAS est la plus basse possible, de préférence toujours inférieure à 0,7 W/kg. 4) Ne pas porter son téléphone à hauteur ou contre son coeur, l'aisselle ou la hanche, près des parties génitales. Tenir l'antenne du téléphone le plus éloigné possible de soi. Même lors de l'envoi d'un SMS. 5) Toujours utiliser le kit piéton livré avec votre téléphone afin d’éloigner l'appareil de votre oreille (et de votre cerveau) le temps de la conversation. Préférer toujours l'oreillette « filaire » à tout autre gadget sans fil. 6) Limiter le nombre et la durée de vos appels. Pas plus de 5 ou 6 appels par jour par exemple, ni plus de 2 ou 3 minutes pour chacun. Respecter un temps moyen de 1h30 entre chaque appel. 7) Ne téléphoner que dans des conditions de réception maximum : dès que votre écran affiche les "4 barrettes" de réseau, pas moins. Pour chaque barre manquante, le rayonnement émis par le portable pour se connecter est multiplié par 2. 8) Ne pas téléphoner en vous déplaçant, ni en train, ni en voiture, ni en bus, ni à pied, ni à cheval, ni en vélo, ni en bateau, ni en patinette, ni en roller, etc. 9) Ne pas téléphoner en voiture, même à l'arrêt, ou dans toute autre infrastructure métallique. Un effet dit de "cage de Faraday" emprisonne et répercute les ondes émises par le portable, le rayonnement subi est alors maximum au centre de la "cage". Dans une voiture, cela se situe à la hauteur de votre tête.
  54. 54. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 52 10) Eloigner le mobile de vous et le maintenir à la verticale le temps de joindre votre correspondant et tant que la première sonnerie n'a pas retenti. Souvent un bip ou un signal visuel vous indique que vous êtes en connexion avec le numéro appelé. 11) Ne pas oublier : en public, vos voisins subissent le rayonnement émis par votre téléphone. S'éloigner permet d’éviter leur exposition passive. 12) La nuit, ne jamais conserver un téléphone mobile allumé ou en recharge à moins de 50 cm de votre tête. Toujours l'éteindre pour limiter son rayonnement et celui de l'antenne relais avec laquelle il communique (riverains exposés 24h/24).
  55. 55. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 53 Chapitre 5 : Radiofréquences et santé Le présent chapitre procède à une description des radiofréquences qui sont utilisées autant par les antennes relais que par les appareils de téléphonie mobile. Mais bien plus, fait un point sur leur impact sur la santé. 5.1. Définition des radiofréquences Les radiofréquences sont des ondes électromagnétiques, résultant d’un champ électromagnétique variable dans le temps. Ce dernier correspond au couplage d’un champ électrique, produit par une tension, et d’un champ magnétique, lié à la circulation d’un courant électrique. Les ondes radiofréquences correspondent aux ondes électromagnétiques dont la fréquence est comprise entre 9 kHz et 300 GHz. Les ondes électromagnétiques se classent selon leur fréquence et on distingue généralement les basses fréquences (1 Hz - 9 kHz), les radiofréquences 9 kHz - 300 GHz) et les rayonnements ayant une fréquence plus élevée : infrarouges, lumière visible, ultraviolets, X et Gamma. 5.2. Caractéristiques des principales sources d’émission des radiofréquences Parmi les sources de radiofréquences, il faut distinguer les émetteurs fixes qui émettent en permanence (émetteur radio ou TV, antennes-relais de téléphonie mobile, bornes d’accès Wifi) et les émetteurs portables dont l’émission est ponctuelle et liée à un usage déterminé (téléphone mobile, carte Wifi sur un ordinateur portable…). Les puissances d’émission de ces applications sont aussi très variables.  Antennes-relais, émetteurs TV, radio Les antennes-relais émettent continuellement des radiofréquences et les puissances émises varient en fonction du nombre de communications en cours et des conditions dans lesquelles elles sont transmises. La puissance de l’antenne-relais dépend aussi du territoire couvert : elle est plus élevée en zone rurale qu’en zone urbaine pour couvrir des zones plus étendues (de 10 à 30 km selon le nombre d’utilisateurs potentiels, contre 500
  56. 56. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 54 m en zones urbaines). Les antennes-relais sont généralement situées en hauteur et émettent un faisceau directionnel de radiofréquences. Concernant la radio et la télédiffusion, les émissions sont continues dans le temps et les stations émettrices sont installées sur des « points hauts ». Les récepteurs (radio, TV), quant à eux, n’émettent pas de radiofréquences.  Téléphonie mobile / sans fil Les téléphones mobiles émettent des radiofréquences essentiellement lors des communications. Leur puissance maximale instantanée d’émission autorisée est de 2 W, mais ils sont équipés d’un système de contrôle adaptatif qui réduit automatiquement la puissance émise au niveau maximum compatible avec une bonne qualité de communication. Cette réduction dépend de la qualité de connexion au réseau. Ainsi, dans des conditions de mauvaise réception ou lors des déplacements de l’utilisateur qui entraînent une prise de relais successifs par plusieurs antennes-relais, l’exposition est plus importante. Le système de contrôle de puissance utilisé par les dernières générations de téléphones mobiles (UMTS)3 offre une bien meilleure efficacité que celui des précédentes technologies. 5.3. Puissances d’émission de quelques émetteurs de radiofréquences et exposition résultante Sources proches du corps Application Puissance Exposition Téléphone mobile 2 W max < 2 W/kg Téléphone sana fil DECT 0,25 W max < 0,1 W/kg Wi-Fi 0,1 W max < 0,2 W/kg Bluetooth 0,001 à 0,025 W max < 0,01 W/kg Tableau 5 : évaluation de la puissance et l’exposition des émetteurs de radiofréquences 1er cas 3 UMTS : Universal Mobile Telecommunications System, système de communication mobile de la 3e Génération.
  57. 57. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 55 Sources loin du corps Application Puissance Exposition Emetteur TV Jusqu’à 780 000 W Très forte à 5 m Emetteur radio FM Jusqu’à 300 000 W Très forte à 5 m Antennes-relais Jusqu’à 30 W Faible à 5 m (E<10 V/m) Bornes Wi-Fi Jusqu’à 1W Faible à 5 m (E<0,1 V/m) Tableau 6 : évaluation de la puissance et l’exposition des émetteurs de radiofréquences 2e cas. 5.4. Influence de la distance avec la source d’émission D’une manière générale, l’intensité du champ électromagnétique décroît rapidement avec la distance, donc plus une personne est loin de la source, plus l’exposition est faible. Pour évaluer les niveaux d’exposition, il convient donc de distinguer deux configurations d’exposition très différentes :  lorsque la personne se trouve proche de la source d’émission (équipements mobiles tels que téléphones mobiles ou sans fil, clés ou cartes 3G, cartes Wifi utilisées sur un ordinateur portable…) ;  lorsque la personne se trouve loin de la source d’émission (émetteurs fixes tels qu’antennes-relais de téléphonie mobile, émetteurs de radio ou télédiffusion, bornes d’accès Wifi...). La situation peut toutefois être plus complexe, notamment en ce qui concerne les antennes-relais. En effet, puisque la plupart des antennes-relais sont situées en hauteur et émettent un faisceau très directif et légèrement incliné vers le sol, l’exposition aux radiofréquences au niveau du sol a tendance à augmenter avec la distance dans une zone proche de l’antenne, et ce jusqu’à atteindre un pic à l’endroit où le faisceau principal atteint le sol (cf. Figure 14).
  58. 58. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 56 Figure 14 : émission d’une antenne relais Bien que la puissance d’émission des téléphones mobiles soit plus faible que celle des antennes-relais, l’utilisation de ces appareils entraine une exposition moyenne bien plus importante que celle liée au fait de vivre à proximité d’une antenne-relais, du fait d’une émission de radiofréquences à proximité immédiate de la tête. Eloigner le téléphone mobile du corps, à l’aide d’un kit mains libres par exemple, permet néanmoins de diminuer l’exposition. 5.5. Méthodes de mesure de l’exposition L’évaluation de l’exposition d’une personne aux radiofréquences repose sur l’estimation de la quantité d’énergie absorbée au final par l’organisme. Les méthodes pour évaluer cette exposition diffèrent si l’on considère des sources d’émission proches ou loin du corps. En effet, à distance de la source, les ondes électromagnétiques sont bien « formées » et des méthodes de modélisation ou de mesures des intensités des champs électrique ou magnétique peuvent être utilisées. En pratique, il suffit de ne mesurer qu’une de ces grandeurs, généralement l’intensité du champ électrique. À partir de cette mesure, on peut déduire la densité de puissance, puis la quantité d’énergie absorbée par le corps. En revanche, à proximité d’une source, la situation est plus complexe et il faut alors évaluer directement la quantité d’énergie absorbée, en d’autres termes le débit d’absorption spécifique (DAS). La mesure directe est aujourd'hui la plus répandue, mais des modèles numériques sont aussi en développement.
  59. 59. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 57  Mesures directes des intensités des champs Différentes approches peuvent être envisagées : une mesure globale de l’exposition à l’aide d’une sonde large bande (il s’agit cependant d’une mesure assez peu précise), ou une mesure sélective en fréquence qui permet d’évaluer le niveau d’exposition pour chaque type d’émetteur (mais le matériel est très coûteux et plus complexe à utiliser). Il existe aussi des équipements de mesure plus simples d’utilisation, tels que des « exposimètres » portables, qui permettent la mesure en temps réel et en continu du niveau d’exposition par type d’émetteur. 5.6. Effets potentiels des radiofréquences sur la santé La matière vivante, en raison de la structure des membranes cellulaires a la capacité de stocker de l’énergie et de la dissiper. Le corps absorbe ainsi environ 50 % de l’énergie de l’onde émise lors de l’utilisation d’un téléphone portable.  Une exposition aux radiofréquences en termes d’effets biologiques se traduit par des courants induits et des échauffements localisés, naturellement régulés par l’organisme.  Le système nerveux, dont le cerveau constitue l’élément central, contrôle toutes les fonctions du corps humain. Une atteinte de ce système est susceptible d’entraîner toutes sortes de troubles. Suite à une exposition aux radiofréquences, certaines manifestations telles que modification de l’activité électrique du cerveau, troubles du sommeil ont pu être observées, mais les résultats des différentes études sont trop discordants pour conduire à un consensus, d’autant plus qu’aucune explication physiologique à ces phénomènes n’a pu être fournie.  Mais il a été envisagé qu’une exposition aux radiofréquences puisse entraîner une modification de la barrière hémato encéphalique, qui constitue une protection indispensable pour le cerveau. En conclusion, de nombreux travaux ont été menés afin de déceler des effets potentiels d’une exposition aux radiofréquences. Les résultats ne sont pas toujours concordants. L’absence d’effet ne peut jamais être affirmée, c’est pourquoi des doutes subsistent et la recherche se poursuit.
  60. 60. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 58 Figure 15 : estimation de la pénétration dans le cerveau du rayonnement électromagnétique d’un téléphone portable en fonction de l’âge.
  61. 61. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 59 Chapitre 6 : Etude comparative entre le GSM et le CDMA Le dernier chapitre que voici, qui vient clore nos travaux, nous permet d’avoir une bonne appréhension en termes de différence entre les systèmes GSM et CDMA, présentant ainsi leur architecture. A. Le GSM 6.1. Définition Le GSM, (Global System for Mobile communications), est un système cellulaire et numérique de télécommunication mobile. Il a été rapidement accepté et a vite gagné des parts de marché telles qu’aujourd’hui plus de 180 pays dans le monde ont adopté cette norme et plus d’un milliard d’utilisateurs sont équipés d’une solution GSM. En effet, L’utilisation du numérique pour transmettre les données permet, des services élaborés, par rapport à tout ce qui a existé. On peut citer, par exemple, la possibilité de téléphoner depuis n’importe quel réseau GSM dans le monde. Les services avancés et l’architecture du GSM ont fait de lui un modèle pour la troisième génération de systèmes cellulaires, notamment le réseau UMTS. 6.2. Architecture du réseau GSM Le réseau GSM est composé de plusieurs entités, lesquelles ont des fonctions et des interfaces spécifiques. La figure suivante montre les différentes couches du réseau GSM. Ce dernier peut être divisé en 3 parties selon l’architecture du réseau GSM.
  62. 62. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 60 Figure 16 : architecture d’un réseau GSM 6.3. Présentation des équipements  La station mobile (Mobile Station : le téléphone portable) qui est transportée par l'utilisateur.  Le sous système radio (BSS : Base Station Subsystem) qui contrôle les liaisons radio qui s'établissent avec le téléphone portable.  Le sous système réseau (Network Subsystem) qui permet la connexion d'un mobile vers un autre mobile ou vers un utilisateur du réseau fixe. 6.4. Les interfaces Les interfaces normalisées sont utilisées entre les entités du réseau pour la transmission du trafic (paroles ou données) et pour les informations de signalisation. Dans le réseau GSM, les données de signalisation sont séparées des données de trafic. Toutes les liaisons entre les équipements GSM sauf avec la station mobile sont des liaisons numériques. La liaison entre BTS et MS est une liaison radio numérique.  Interface Um appelée aussi Air ou radio, entre BTS et MS s'appuie sur le protocole LAPDm (Link Access Protocol on the D mobile channel). Il est utilisé pour le transport du trafic et des données de signalisation. Le
  63. 63. Antennes et Propagation : les radiofréquences et la santé. Le cas du Cameroun [Année] Rédigé et présenté par Zo Evina Jean-Stève 61 téléphone portable et le sous système radio communiquent par l'intermédiaire de l'interface Um, qui est une liaison radio.  Interface Abis entre BTS et BSC s'appuie sur le protocole LAPD. Il est utilisé pour le transport du trafic et des données de signalisation.  Interface A entre BSC et MSC, s'appuie sur le protocole sémaphore N·7 du CCITT. Il est utilisé le transport du trafic et des données de signalisation. Le sous système radio et le sous système réseau, eux, communiquent par l'intermédiaire de l'interface A.  B entre MSC et VLR,  C entre MSC et HLR,  E entre MSC et MSC,  F entre MSC et EIR,  G entre VLR et VLR,  D entre VLR et HLR/AuC N.B : Ces interfaces sont utilisées en particulier pour le transport des données relatives à l'application des mobiles. Le GSM utilise la bande comprise entre 890 et 915 MHz pour les canaux montants et entre 935 et 960 MHz pour les canaux descendants. Ce choix est judicieux car plus la fréquence est haute, plus les interférences sont fortes. Pour diminuer les interférences, on doit augmenter la puissance. Car il est plus facile d'augmenter la puissance des stations de base qui sont fixes que celle des mobiles, d'où ce choix cohérent. En outre, Le GSM en utilise deux techniques de multiplexage : le FDMA4 et le TDMA5. L'efficacité de ces méthodes diffère suivant leur utilisation et le système pris en considération. Le GSM combine les deux pour limiter les inconvénients. La majorité des téléphones mobiles GSM 900 MHz et bi-bande émettant sur 900/1800 MHz utilisent une antenne offrant un gain d'environ 1.7 dBi6. Sur 900 MHz un mobile GSM émet avec une puissance qui varie selon la distance à la station relais, soit 0.1 soit 2 ou 3 watts. 4 FDMA : Frequence Division Multiple Access 5 TDMA : Time Division Multiple Access 6 dBi : décibel isotrope

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