Comprendre les ondes électromagnétiques

Qu’est ce qu’une onde ?

Une onde est un phénomène physique de propagation d’une perturbation. Sur son passage, une onde modifie de façon réversible des propriétés locales du milieu de propagation.

Un exemple courant d’onde est la propagation des cercles lorsqu’on jette un caillou dans un lac.

Une onde se caractérise par 3 dimensions physiques :
– la longueur
– la fréquence
– la vitesse de propagation

Ce qui va nous intéresser tout particulièrement, c’est qu’une onde transporte de l’énergie sans transporter de matière.

Cette énergie est utilisée dans beaucoup de domaine. Dans le cas du spectre violet et ultraviolet, les panneaux photovoltaïques récupèrent l’énergie des ondes pour générer de l’électricité. Les chauffe-eau solaires, quand à eux exploitent les spectres infra-rouge. Les four à micro-ondes, exploitent l’énergie d’une onde électro-magnétique pour agiter les molécules d’eau et donc chauffer les aliments.

Dans le cas des ondes radios, l’énergie provoque la circulation d’un courant électrique dans une antenne qui est transformée en information analogique (son, image) ou numérique.

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Les dimensions physique d’une onde

simple_harmonic_motion_animation.gif

La longueur[[https://fr.wikipedia.org/wiki/Longueur_d%27onde]]
longueur_d_onde.png
Définit la distance entre deux maxima de l’onde.

La fréquence
Le nombre de fois que le phénomène d’onde se répète en une seconde.

La vitesse de propagation
La vitesse à laquelle se propage cette onde dans l’espace.

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Les gammes de fréquence

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Quelques autres articles expliquant le phénomène des ondes et en particulier des ondes électromagnétiques :

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L’énergie des ondes

Les ondes Wifi, GSM et micro-ondes font partie d’une même catégorie, appelée d’ailleurs les micro-ondes. S’il s’agit des mêmes gammes de fréquence pour chauffer son repas que pour la box Wifi domestique et professionnelle ou pour passer des appels depuis son mobile, à quel danger s’expose-t-on ?

Nous allons tout d’abord regarder quelques chiffres issus de l’OMS (pour rappel, la puissance diminue avec le carré de la distance) sur les puissances en jeu:

  • Borne WiFi: on considère que la puissance maximale est d’environ 100mW soit 2μW/cm2 à 1 m et 0.2 μW/cm2 à 3m de la borne
  • Un téléphone portable émet au maximum 5mW/cm2
  • Antenne GSM 3G, 4G: à 15 m émet 2μW/cm2 soit 2500 fois moins

à 150m 0.02μW/cm2 soit 250 000 fois moins

On peut également trouver sur le site du Sénat des éléments de comparaison en V/M et en Tesla des valeurs de champs magnétiques et électriques:

|| Valeur de champ électrique | Valeur de champ électrique ||
| Point de mesure | Valeur |
| Dans le corps humain (cerveau) | 5mv/m|
| Dans le corps humain (cœur) | 50mv/m|
| Habitation (sauf près des appareils ménagers)|Jusqu’à 20 V/m|
|Dans un wagon de train électrique|Jusqu’à 300 V/m|
|A proximité des lignes H|T20 V/m|
|Écrans ordinateurs (à 5 cm)|De 1 à 10 V/m|
|Champ en atmosphère calme|De 100 à 200 V/m|
|Moquettes (à 5 mm, en atmosphère sèche)|De 200 V/m à 20 kV/m|
|Champ pendant un orage|Jusqu’à 100 kV/m|
|Émissions radio FM (à quelques mètres de l’antenne)|Qq dizaines de V/m|
|GSM: À 1 cm d’une antenne de téléphone mobile|90 V/m|
|GSM: A 1 m d’une antenne de station de base|50 V/m|
|GSM: A plus de 5 m d’une antenne de station de base|De 0,01 à qq V/m|

|| Valeur de champ magnétiques | Valeur de champ magnétiques ||
| Point de mesure | Valeur |
|A distance d’appareillage ménager|0,002 μT|
|À 1 m des appareils ménagers|Jusqu’à 200 μT|
|A l’aplomb d’une ligne haute tension|20 μT|
|Dans une rame de métro|30 μT|
|Champ terrestre (géomagnétique)|entre 30 et 70 μT|
|Dans un wagon de train électrique|50μT|
|Détecteurs de métaux (aéroports)|jusqu’à 100 μT|
|GSM: A proximité d’une station de base|jusqu’à 0.03 μT|
|GSM: A proximité de l’antenne du mobile|0.3 μT|

Dès lors, que signifie cette notion d’énergie pour les ondes ? Quel niveau d’énergie est nécessaire pour provoquer l’échauffement d’un verre d’eau ou provoquer une ionisation? Nous allons voir également quelques éléments complémentaires pour mieux comprendre et répondre à ce type de questionnements. En effet, plus la fréquence d’une onde est importante (et sa longueur d’onde courte), plus elle transporte d’énergie.

Par exemple, les panneaux photo-voltaïques transforment en électricité l’énergie transportée par les ondes électromagnétiques de fréquences Ultra-Violets. Les rayons X, les rayons gamma transportent suffisamment d’énergie pour expulser un électron d’un atome, on parle alors de rayons ionisants. Ces rayons ont des impacts nocifs sur la santé. Ils sont situés au delà du spectre de la lumière visible, au-delà de 10 millions de milliards de Hz.

Plus de détails sur la FAQ de l’Agence Nationale de Sécurité Sanitaire

Les ondes utilisées pour le Wifi sont situées dans 2 gammes de fréquences : entre 2,41 et 2,49 GHz et entre 5,18 et 5,25GHz. Plus de détails sur cet article wikipedia assez synthétique et sur le site de l’Agnce Nationale des Fréquences (ANFR) où on pourra consulter si on est plus courageux le tableau de répartition des fréquences (TNRBF)
Le four micro-ondes utilise la fréquence de 2,5GHz, ce qui explique pourquoi son fonctionnement peut perturber les ondes du Wifi utilisant les canaux proches à 2,4GHz

Les ondes GSM quant à elles, utilisent une toute autre gamme de fréquence 800MHz ou 1800MHz. On est donc sur des longueurs d’ondes comparables dans l’ordre de grandeur, mais 2 à 3 fois plus grandes que pour la norme Wifi.

Exposition aux ondes

L’AFSSA a une excellent FAQ pour expliquer quelques notions importantes sur l’exposition.

Le Débit d’Absorption Spécifique (DAS), qui s’exprime en W/kg (watts par kilogramme), est une mesure de l’élévation de température du corps par énergie de masse. En France, le DAS doit être inférieur à 2 W/kg moyenné dans 10g de tissus de la tête.

En ce qui concerne les ondes émises par les bornes WiFi, la puissance maximale réglementaire est de 100mV/m. Comme la puissance émise par une borne dépend de la sollicitation du réseau, elle est donc soumise à des variations importantes.
Au delà d’un mètre de distance, la puissance visible devient très faible. Plus de détails.

Économiser de l’énergie et respecter la réglementation sur la couverture WiFi?

On peut en effet par de simples mesures avec des outils logiciels simples (ou en utilisant des analyseurs de champs ou des logiciels permettant d’optimiser l’implantation lorsque l’on est plus fortunés), optimiser sa couverture WiFi en tenant compte des besoins réels et des zones de superpositions des bornes. C’est une première étape qui permet de minimiser également l’exposition aux ondes en répondant aux besoins réels des usagers (en couvrant seulement les salles de réunion et non pas bureaux individuels par exemple).

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