You are currently viewing Comment les ondes électromagnétiques impactent le vivant
Attraction ou répulsion de 2 charges séparées d'une distance r

Comment les ondes électromagnétiques impactent le vivant

  • Auteur/autrice de la publication :
  • Dernière modification de la publication :20 mai 2024

Introduction

Cette article vise à expliquer par quel mécanisme les champs électromagnétiques interagissent à distance avec le vivant, en particulier le corps humain, ce qui implique de prendre quelques précautions pour éviter que sa santé en soit impactée.
L’explication passera par un rappel de physique. Avec des équations pour ceux qui aiment les équations, et surtout avec une explicitation du vocabulaire employé afin que tout le monde puisse se faire une idée de ce qui se passe, même sans avoir fait d’études supérieures en sciences physiques.
Il faut préciser que cet article est à fin de vulgarisation. Il contient donc des simplifications et ne se veut pas exhaustif. Ainsi il se focalise sur les ondes radio et le rayonnement induit par le réseau électrique.

Ondes: types et caractéristiques

Partout il est question d’ondes électromagnétiques. Mais de quoi parle-t-on ?

Dans ce chapitre il est question de ce qu’est une onde, comment on la caractérise, et à quel type d’onde on a régulièrement affaire dans le quotidien.

C’est quoi une Onde ?

On parle d’onde lorsqu’on est face à un phénomène ondulatoire, c’est à dire un phénomène qui se répète cycliquement. Le terme d’onde renvoie à l’eau. En effet, les premières ondes qui ont été étudiées étaient mécaniques, il s’agissait des stries qui apparaissent à la surface d’un étang quand on y lance un projectile. En fait les vagues les plus simples qui soient.

Prenons le cas de la goutte d’eau qui tombe comme sur la photo ci-contre. Si on place un bouchon à la surface de l’eau et que l’on mesure l’amplitude de déplacement du bouchon par rapport à la surface de l’eau calme en fonction du temps, on peut tracer une sinusoïdale caractéristique.

Ondes à la surface de l'eau causées par la chute de gouttes d'eau
Déplacement en fonction du temps

Cette courbe est typique d’un signal périodique sinusoïdal. Il se caractérise par :

  • son amplitude : l’écart entre la valeur minimum et la valeur maximum.
  • sa période : la durée d’un cycle. Au delà le signal se répète à l’identique.

La période s’exprime en secondes dans le système S.I.

Son inverse est la fréquence

f=1T f = \frac {1}{T}

La fréquence se mesure en Hertz (abréviation Hz). En général on mentionne plutôt la fréquence que la période pour les phénomènes qui nous intéressent. Par exemple, le réseau électrique français produit du courant 50 Hz. C’est-à-dire que la tension délivrée varie sinusoïdalement entre +230V et moins 230 Volts 50 fois par seconde. Sa période est elle de 1/50ième de seconde.

Il ne faut pas confondre période et longueur d’onde. La longueur d’onde fait intervenir la vitesse de propagation de l’onde et sa fréquence. Elle est homogène à une distance, produit de la vitesse de propagation de l’onde par sa période.

Et par extension

Si au départ on étudiait des ondes mécaniques (déplacement du bouchon), le terme d’onde s’est éloigné de l’eau pour s’appliquer à tout phénomène ondulatoire (périodique). Ainsi on parle d’ondes acoustiques pour le son ou d’ondes électromagnétiques pour émissions radiophoniques par exemple. Dans un cas le signal périodique que l’on considère est la pression de l’air, dans l’autre c’est la valeur des champs électriques et/ou magnétiques. Mais comme pour le bouchon sur l’eau, ils sont caractérisés par une amplitude et une fréquence.

Les puristes souligneront que tous les signaux périodiques ne sont pas aussi simples que des courbes sinusoïdales et que leurs descriptions est plus complexe que ça. C’est exact, cependant le mathématicien et physicien français Joseph Fourier  a démontré que tout signal périodique peut se décomposer en somme de sinusoïde de diverses fréquence et amplitudes. De fait, l’approximation est acceptable compte tenu du but de l’article. Comme on l’a déjà mentionné, la puissance électrique fournie par le réseau français aux habitations est bien un signal sinusoïdal d’amplitude 230 Volts et de fréquence 50 Hertz.

Les types d’ondes qui nous intéressent en géobiologie

En géobiologie nous allons nous intéresser aux ondes électro-magnétiques. Nous allons parler en particulier de champs : électrique et magnétique pour les basses fréquences, électromagnétiques pour les hautes fréquence.
Mais avant, nous allons définir ce qu’est un champ en physique, et pourquoi l’on parle de champ pour l’électromagnétisme et finalement quel est le rapport avec une onde.

Champs, mais pas de coquelicots

En physique nous parlons de champs lorsqu’une source ponctuelle crée une perturbation dans l’espace autour d’elle, et quand l’intensité de la perturbation varie en fonction de la position où on se trouve par rapport à la source.

Exemple : Prenons un aimant. Il attire à lui les objets ferromagnétiques. On en a tous fait l’expérience, plus l’aiguille est près de l’aimant, plus la force d’attraction est importante.

Aiguilles attirées par un aimant

En fait, le magnétisme de l’aimant perturbe l’espace autour de lui, et l’intensité de la perturbation décroît quand on s’éloigne de l’aimant. C’est pour cela que la force décroît avec la distance. La présence ponctuelle de l’aimant avec ses caractéristiques magnétiques crée une perturbation dans l’espace autour de lui.

Les champs qui nous intéressent dans une maison

Dans une maison on va s’intéresser aux champs électriques et magnétiques basse fréquence, et aux rayonnement électromagnétique haute fréquence. Nous allons voir que ce n’est pas exactement la même chose.

Champs Haute Fréquence

Le rayonnement électromagnétique (EM) haute fréquence est lié à toute la communication sans fil qui s’est généralisée dans les maisons aujourd’hui : ondes radio, TV, GSM (téléphone mobile), WiFi, Bluetooth, DECT (téléphone fixe sans fil), baby-phone pour ne citer que les principaux. Dans ce cas, c’est un signal analogique ou numérique qui voyage sur une porteuse depuis une antenne vers un récepteur. Sur la porteuse, champs magnétique et électriques sont indissociables. Ils sont dit couplés et l’intensité du champs magnétique à un endroit peut se calculer facilement à partir de la valeur du champs électrique mesuré, et vice versa. Ces signaux créent des perturbations EM dont l’intensité varie en fonction de la puissance d’émission et de la distance à la source émettrice.

Signal électromagnétique émis - Source Inéris
Champs Basse Fréquence​

Dans une maison, les champs électrique et magnétique basse fréquence sont liés au 50 Hz de l’installation électrique standard. On va voir qu’il ne sont pas couplés.

Le champ électrique

Dans une maison, une prise électrique standard sous tension possède une phase et un neutre. Le neutre a son potentiel électrique à 0 volt. La phase est sous une tension alternative (périodique) de 230 Volts/50 Hz. Le sol de la maison étant à la terre, il existe donc un gradient de tension entre la phase et la terre. Il y a un champ électrique autour de la phase qui s’établit. Il est toujours présent, tant que la maison est reliée au réseau électrique et ne cesse que lorsque le disjoncteur s’ouvre.

Les lois de la physique nous disent que le champ électrique décroît avec le carré de la distance à la source. Par exemple, à 2 mètres de la prise, le champ électrique est 22 = 4 fois plus faible qu’à 1 mètre. Elles disent aussi que

E=gradV

E\overrightarrow{E} 

est le champ électrique et V le potentiel électrique (tension) de la phase.

Prise 230V standard DIN

Pratiquement, de cette formule il dérive qu’une tension sinusoïdale génère un champ électrique qui rayonne autour de sa source. Il est sinusoïdal d’amplitude proportionnelle à l’amplitude de la tension, de même fréquence. Son intensité diminue avec l’éloignement de la source.

Le champ magnétique

On sait donc maintenant que la tension crée un champ électrique, qu’il y ait consommation de puissance ou pas, qu’il y ait circulation de courant ou pas. Ce champ électrique n’est pas associé à un champ magnétique dans ce cas. Tout change quand le courant circule.
Le courant qui circule crée lui un champ magnétique autour du conducteur. C’est grâce à ce phénomène que l’on fabrique les électro-aimants utilisés dans tout un tas d’application technologiques : haut-parleur, relais de protection, moteurs, gâches électriques, etc…

Il n’y a donc de champ magnétique généré que lorsqu’un appareil est branché et que du courant circule. Ce champs magnétique décroît également avec l’éloignement de la source, mais plus lentement que le champs électrique puisque la décroissance est proportionnel à la distance. Les lois de la physique nous disent que :

B(M)=µ0I2πr2B(M) = {µ_0} \frac{ I}{2\pi r^2}

En français, B(M) est la valeur du champ magnétique au point M situé à la distance r du fil où circule un courant d’intensité I.
On retiendra également que le courant suivant une loi sinusoïdale de fréquence 50 Hz, le champs magnétique également. Son intensité est proportionnelle à l’intensité du courant, et donc découplé du champ électrique qui lui dépend de la tension constante.

Pour l’anecdote les lois liant courant et champs magnétiques sont également le résultats du travail de deux savant français Jean-Baptiste Biot et Félix Savart.

Champ magnétique créé par un courant circulant dans un conducteur

Champs électromagnétique : Les forces en présence

A ce stade nous avons définit ce qu’est une onde et un champ, et comment un onde peut perturber l’environnement. Il faut encore expliquer en quoi cela peut interagir avec le vivant. Pour cela il faut se donner encore quelques formules de plus et s’intéresser aux forces que génèrent ces champs.

Charges électrique, Tension, Courant : les liens

Jusqu’à présent nous avons parlé de tension et de courant. Mais il faut parler également de charge électrique.
En physique on désigne la charge électrique en général par le lettre « q ». Dans la nature, les charges électriques sont portées par 2 particules constitutives de la matière. Les protons sont chargé positivement, et les électrons qui sont chargés négativement. La charge électrique se mesure en Coulomb, du nom du savant français qui a énoncé les lois de l’électrostatique.
Un courant électrique est une quantité par unité de temps (débit) de charge électrique qui circule dans un conducteur.
Une différence de charge électrique entre 2 points crée un tension électrique entre ses points.

Loi de Coulomb

Charles-Augustin Coulomb a énoncé les principes de l’électrostatique. Ainsi deux charges de même signe se repoussent, deux charges de signes opposés s’attirent. La loi de Coulomb nous dit qu’entre les charges il existe un effort dont l’intensité est donnée par la formule

F=14ϵ0q1q2r2F = \frac{ 1}{4\epsilon_0}\frac{q_1 q_2}{ r^2}

(on note qu’on retrouve le carré de la distance au dénominateur) et que plongé dans un champ électrique E, une particule chargée q va subir un effort F tel que

F=qE\overrightarrow{F} = q\overrightarrow{E}

.

Pour les lecteurs qui ne sont pas habitués à voir des flèches sur des lettres, pas de panique. C’est une formulation mathématique qui indique qu’il s’agit de vecteurs, c’est à dire que les grandeurs ont en plus d’un intensité une direction et un sens.

Attraction ou répulsion de 2 charges séparées d'une distance r

 Mais retenez simplement que, plongée dans une champ électrique d’intensité E, une particule de charge q subit une effort F proportionnel à E, et que si le champ E est périodique, la force F l’est également et de même fréquence.

Force de Lorentz

Si d’autres français, Pierre-Simon de Laplace , Jean-Baptiste Biot ou Félix Savart, ont beaucoup œuvré en électromagnétisme pour identifier les forces mises en jeu par les champs électromagnétiques, c’est un savant hollandais, Hendrik Lorentz qui a donné son nom à la formule qui permet de déterminer l’effort généré par un champ magnétique sur une particule chargée :

F=qvB\overrightarrow{F} = q\overrightarrow{v} \wedge \overrightarrow{B}

.
Comme précédemment ,

B\overrightarrow{B} 

est le champs magnétique (vectoriel) et q est la charge. Ce qui est nouveau dans cette formule, c’est

v\overrightarrow{v}

qui symbolise la vitesse de déplacement de la particule chargée q. Dans la formule, le petit chapeau entre le et le nous dit que c’est un produit vectoriel. Pour ceux qui digèrent mal les formules mathématiques complexes, retenez seulement qu’un champ magnétique exerce une force sur une particule chargée lorsqu’elle est en mouvement et que cet effort est proportionnel à la charge, la vitesse de déplacement et l’intensité du champs magnétique. Si ce dernier est périodique, alors d’effort est périodique et de même fréquence.

Et les deux s’additionnent

Sur une particule chargée q, les effets du champ électrique et du champ magnétique se cumulent : F=qE+qvB\overrightarrow{F} = q\overrightarrow{E} + q\overrightarrow{v} \wedge \overrightarrow{B} .

La force subit par la charge est d’intensité proportionnelle aux champs et si les champs sont périodique, la force est périodique de même fréquence.

Pourquoi les ondes électromagnétiques ont un impact sur le corps

Parce que le corps est constitué de matière électriquement chargée et utilise l’électricité pour son fonctionnement . Ainsi on peut citer (et ne c’est pas exhaustif) :

  • L’eau : le corps est composé de 70 à 80 % d’eau. La molécule d’eau H2O, est constituée de 2 atome d’hydrogène (H) et d’un atome d’oxygène (O). Si cet atome est globalement neutre, de part sa géométrie, avec les deux atomes d’hydrogènes du même coté de l’atome d’oxygène (voir figure ci-dessous), il forme un dipôle électrique (voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Eau#)
  • Le système nerveux, en particulier le cerveau qui fonctionne par impulsions électriques.
  • Les cellules utilisent à foison des Ions. Les ions sont atomes qui ont perdu ou gagné des électrons et sont donc naturellement chargés électriquement.

  • Les contractions musculaires sont déclenchées électriquement. On peut penser aux équipement de renforcement musculaires mais également au défibrillateur, qui envoie un choc électrique pour redonner au cœur le bon tempo, etc…

Oxygène en rouge, Hydrogène en blanc, δ+ et δ- indiquent la charge électrique

Pour résumer, on peut dire que le vivant, et en particulier le corps humain, fonctionne  comme une machine bio-électrique.

Le corps est fait d’atomes, molécules, ions, qui sont chargées électriquement, et sont plus ou moins en mouvement. Ils sont donc de fait affectés par l’effet des champs électriques et magnétique. Si ceux-ci sont périodiques à une fréquence données, le corps, au plus profond de ses cellules et des atomes qui les composent, jusqu’à son ADN, se fait donc secouer à la fréquence en question. De fait, ses secousses sont potentiellement perturbatrices.

Pour conclure

Est-ce dangereux pour les hommes ou les animaux?


C’est la question qui vient naturellement. Là encore il est urgent de ne pas paniquer. La réponse est nécessairement nuancée : ça dépend… de l’intensité et de la durée d’exposition essentiellement.
Le corps est une machine exceptionnelle, avec une capacité d’adaptation et d’auto-réparation incroyable. Mais il ne faut pas dépasser certaine bornes non plus. Et là malheureusement les législations en place ne sont souvent pas cohérentes et ne mettent pas le principe de précaution en avant.
Ainsi en ce qui concerne la téléphonie mobile, le seule critère officiel pris en compte est l’effet micro-onde, c’est à dire l’échauffement induit dans le corps par le champ EM généré par l’appareil. Le fameux DAS  est normalisé dans ce sens.

Pourtant on trouve de diverses sources, dont les opérateurs de téléphonie mobile, des recommandations comme :

  •  Il est conseillé d’éloigner le combiné des zones sensibles du corps.
    • Contre le cœur, l’aisselle, la hanche ou les parties génitales…
    •  À moins de 20 cm d’un implant cardiaque ou autres implants métalliques.
    • Le ventre d’une femme enceinte car les cellules de l’embryon sont très sensibles aux rayonnements.
  •  Ne pas garder un téléphone mobile allumé ou en recharge à moins de 50 cm de la tête à moins de le mettre le téléphone “mode avion” (notamment la nuit).
  • Utiliser un kit piéton filaire ou activez le haut-parleur du téléphone, le Bluetooth aussi génère des émissions d’ondes supplémentaires.
  • Téléphoner autant que possible dans des conditions de bonne réception. Si un GSM/Smartphone cherche un relais lors de déplacement ou dans une zone mal couverte par l’opérateur, son DAS peut augmenter.

Alors, problème ou pas problème ? Un autre article sur ce blog parle plus en détail de ces « ambiguïtés ».

  • Mais, en tout état de cause, si vous avec un doute mes conseils sont les suivants :
    Méfiez vous des conclusions à l’emporte pièce du type « depuis que j’ai le linky », ou « depuis qu’il y a eu tel ou tel travaux » et des remèdes qui vont avec. Les configurations pathogènes sont souvent plus complexes que ça.
  • Faites des mesures physiques avec les équipements ad’hoc. Si vous n’êtes pas équipé, faites intervenir un expert équipé des appareils nécessaires et qui saura évaluer le niveau de risques auquel vous êtes exposé. Il vous recommandera aussi les actions à mettre en œuvre la cas échéant. Dans beaucoup de cas, des remédiations où des solutions techniques sont disponibles pour réduire son exposition.
  • Faites appel en particulier à un géobiologue, susceptible d’identifier les possibles « couplages » entre installation électrique et configuration géobiologique du lieu.
f=1Tf = \frac {1}{T}  E=gradV\overrightarrow{E} = -\overrightarrow{grad} {V}  B(M)=µ0I2πr2B(M) = {µ_0} \frac{ I}{2\pi r^2} F=14ϵ0q1q2r2F = \frac{ 1}{4\epsilon_0}\frac{q_1 q_2}{ r^2} F=qE\overrightarrow{F} = q\overrightarrow{E} F=qvB\overrightarrow{F} = q\overrightarrow{v} \wedge \overrightarrow{B} B\overrightarrow{B} v\overrightarrow{v} F=qE+qvB\overrightarrow{F} = q\overrightarrow{E} + q\overrightarrow{v} \wedge \overrightarrow{B}
Vous aimez cet article ? Partagez-le sur les réseaux sociaux