DOSIMÉTRIE NUMERIQUE EN CHAMPS …...N. BURAIS / R. SCORRETTI – « Dosimétrie numérique en champs magnétique et/ou électrique basses fréquences » – SFRP – Grenoble –

N. BURAIS / R. SCORRETTI – « Dosimétrie numérique en champs magnétique et/ou électrique basses fréquences » – SFRP – Grenoble – 07/10/08

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DOSIMÉTRIE NUMERIQUEEN CHAMPS MAGNETIQUE ET/OU ELECTRIQUE

BASSES FRÉQUENCES

Riccardo SCORRETTI, Noël BURAIS

Laboratoire AMPEREUniversité Claude Bernard Lyon 1


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Contexte

• Pas de conclusion sur les effets à long terme des champs.• Consensus scientifique sur les effets à court terme.

• Arrivée progressive de la réglementation :– Définition de valeurs limites.– Exemple pour les Basses Fréquences* :– Niveaux de référence, ou « Valeurs Déclenchant l’Action » (VDA) :

• Grandeurs mesurables : Champ magnétique H, Champ électrique E

– Restrictions de Base, ou « Valeurs Limites d’Exposition » (VLE) :• Grandeur non mesurable : Densité de Courant induit J.

(*) Basses Fréquences (BF) : ELF, SLF, ULF, VLF, LF


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Réglementation de l’exposition

• Utilisation :– si VDA (ou niveaux de références) vérifiés ⇒ OK !– sinon, calcul et vérification des VLE.

• Cas de dépassement des VDA :– Pour le champ magnétique H :

• Fortes valeurs de courant,• Proximité des conducteurs.

– Pour le champ électrique E :• Forte différence de potentiel,• Influence de la distance entre les zones équipotentielles,• Proximité des conducteurs.

f = 50 Hz

B 500 μT

E 10 kV/mJ 10 mA/m2


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Dosimétrie des VLE : courants induits Jdans le corps humain par des champs BF

• Calcul analytique :– Relations J(E) et J(H) analytiques ou issues d’expérimentations :

• Champs uniformes, géométrie triviale.• Champ H : J = μ0.σ.π.r.f.H• Champ E : J = kE.f.E

– Valeurs moyennes utilisées : σ = 0.2 S/m, εr = 105

• Simulation ou Dosimétrie numérique :– Résolution 3D des Equations de Maxwell.– Champs quelconques, géométrie réelle.– (σ, εr) pour chaque organe.– Méthodes numériques : Eléments Finis, FDTD,..– Formulations mathématiques spécifiques en

fonction du type d’exposition (E,H, E/H).– Compromis coût-précision.– Attention aux grands écarts de dimensions !

trop approximatif !

précis !


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Résolution numérique par Eléments Finis

• Données géométriques : « Visible Human Project »• Caractéristiques (σ, εr) des organes : C. Gabriel• Exemples de maillages du corps humain :


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Compromis coût calcul/précision

• Couplage entre calculs :– sur l’ensemble du corps (maillage « grossier »)– sur la tête ou le tronc (maillages plus fins)


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Exposition au champ magnétique H seul

• μr-corps = 1 ⇒ Champ source non perturbé.• Simulation limitée au corps humain.• Formulation spécifique φ-A• Calcul séparé ou mesure de la source (A) sans le corps.

• Paramètre des organes : – Conductivité σ

nAjn

nJ .0. ωφ−=

∂∂

⇒=


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Exposition au champ électrique E seul

• εr-corps >> 1 ⇒ Champ source perturbé.• Calcul sur corps + air ambiant.• Formulation diélectrique.• Possibilité de séparer le calcul en 2 étapes :

– Domaine étude extérieur au corps (1) :• Corps humain ≈ équipotentielle• Calcul de E à la surface extérieure.

– Domaine étude limité au corps seul (2) :• Condition aux limites sur E issue de l’étape 1

• Paramètres des organes : – Conductivité σ– Permittivité εr


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Exposition simultanée à E et H

• Formulation et démarche spécifiques. ( ). 0j Aσ ω φ⎡ ⎤∇ +∇ =⎣ ⎦ur ur ur

τωε == airEjnJn ... 0

Tension Courant


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Illustration des effets des champs E et Hsur la répartition du courant induit J

E seul

H seul

• Disque entre un câble aérien et le solsol

IV


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Illustration dans le cas d’une ligne de l’influencedu type d’exposition : E, H ou E/H

• Situation non réelle : corps non protégé du champ électrique• Courants induits en surface du corps, au niveau du cerveau et du cœur :

Doc. Ikaros


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Conclusions

• La dosimétrie numérique 3D : un outil pour la réglementation.• Nécessaire dans les cas de proximité de sources de forts

champs.• Simulations des effets respectifs ou simultanés des champs

électrique E et magnétique H en BF.• Maturité atteinte pour la quantification macroscopique des

courants induits dans les organes par tout type de source.

• Dosimétrie aux échelles inférieures (…..microscopiques) dans des conditions réelles d’exposition ?

• Vers une meilleure compréhension des interactions champs-systèmes biologiques.


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Fin

Merci de votre attention.

Documents

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