Extrêmement basse fréquence

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L’extrêmement basse fréquence (ou ELF, extremely low frequency en anglais) est la bande de rayonnement électromagnétique (radiofréquences) comprise entre 3 et 30 Hz (longueur d'onde de 100 000 à 10 000 km).

Dans le domaine des sciences de l'atmosphère, une définition alternative est généralement retenue : de 3 Hz à 3 kHz.

La fréquence du courant alternatif dans les réseaux électriques (50 ou 60 Hz) est située dans la bande de ELF, ce qui fait des réseaux électriques une source involontaire de rayonnement ELF.

Utilisations[modifier | modifier le code]

Vue aérienne (1982) d'une installation de transmission en ELF de l'U.S. Navy (Clam Lake, Wisconsin) dédiée à la communication avec les sous-marins en immersion profonde.

En raison de la difficulté de construire des antennes pouvant rayonner ces ondes longues, ces fréquences ne sont que très peu utilisées par les télécommunication. Ces ondes se propageant dans l'eau de mer, elles se montrent utiles pour la communication avec les sous-marins ou des robots sous-marins dans la bande supérieure 30 à 300 Hz. Les États-Unis, la Russie et l'Inde seraient les seuls pays à avoir construit des installations de communication [1],[2],[3],[4],[4],[5],[6],[7],[8]. Les installations américaines ont été utilisée de 1985 à 2004, maintenant hors service.

Ces ondes peuvent aussi pénétrer des distances importantes dans la roche et le sous-sol, ce pourquoi elles sont utilisées par certains systèmes de communication minière (fréquences de 300 à 3000 Hz)[4].

La bande des extrêmement basse fréquence ne semble pas être utilisée en télécommunications.

Elles est cependant exploitée pour à détecter certains phénomènes naturels, générateurs d'impulsions radioélectriques (foudre et certaines perturbations naturelles du champ magnétique terrestres).

Ondes ELF naturelles[modifier | modifier le code]

Des ondes ELF naturelles sont présentes sur Terre, créées par les éclairs de foudre qui déclenchent l’oscillation des électrons de l’atmosphère. Le mode de résonance principal de la cavité Terre-ionosphère a une longueur d’onde égale à la circonférence de la terre, soit 7,8 Hz. Ainsi cette fréquence et ses harmoniques (14, 20, 26, 32 Hz) apparaissent comme des pics de bruit dans le spectre ELF et sont appelées « résonance Schumann ».

Ces ondes semblent avoir été détectées sur Titan, la lune de Saturne . La surface de Titan étant peu réfléchissante en ELF, elles pourraient être réfléchies, selon certain modèles théoriques, par la transition liquide-solide de l’océan d’ammoniaque[9]. L’ionosphère de Titan est plus complexe que celle de la Terre, avec une première couche à 1 200 km d’altitude, et une seconde couche chargée à 63 km, ce qui séparerait deux cavités résonnantes. La source d’ondes ELF est cependant peu claire, car Titan ne présente pas d’activité orageuse observée.

Enfin des émissions ELF de puissance énorme, de l’ordre de 100 000 fois l’énergie lumineuse du soleil, sont théoriquement émis par une forme de pulsars appelés magnétars. Ainsi le pulsar de la nébuleuse du Crabe émettrait cette puissance à la fréquence de 30 Hz[10], mais cette fréquence est inférieure à la fréquence de Langmuir du milieu interstellaire, la rendant inobservable depuis la Terre.

Effets physiques sur l'organisme animal ou humain[modifier | modifier le code]

Le milieu interne d'un organisme vivant (ou mort) placé dans un champ électrique et magnétiques EBF subit des champs et des courants électriques induits. Et le corps humain (ou animal) dans son ensemble interagit avec le champ EBF en modifiant sa distribution spatiale d'une manière qui dépend aussi de la nature, taille, forme et posture de l'organisme[11].

La dosimétrie peut chercher à évaluer l'intensité du phénomène en mesurant le rapport entre le champ externe et les champ électriques et la densité de courant induits évalués ou modélisés à l'intérieur de l’organisme. Ces deux paramètres (champ électrique induit, densité de courant induits) peuvent interagir avec certains tissus électriquement excitables (rétine, nerfs, muscles)[11].

Effet physique du champ électrique[modifier | modifier le code]

Dans les basses fréquences, un organisme est « bon conducteur, et les lignes du champ perturbé à l’extérieur de l’organisme sont presque perpendiculaires à la surface de son corps »[11]. Des charges oscillantes sont induites sur cette surface, qui produisent des courants au sein de l'organisme, sachant que :

  • En temps normal le champ électrique à l'intérieur d'un organisme est cinq à six fois moindre qu'à son extérieur[11] ;
  • si l'exposition se fait dans un champ vertical, alors les champs induits seront majoritairement verticaux[11] ;
  • dans un champ électrique externe connu, c'est dans le corps en contact parfait avec le sol et par l’intermédiaire des pieds (mise à la terre électrique) que les champs induits seront les plus forts. Inversement, il seront les plus faibles dans le corps isolé du sol ou dans une cage de faraday[11] ;
  • le courant induit dans un organisme (en contact parfait avec le sol) dépend moins de la conductivité des tissus que de la taille et de la posture ou forme de ce dernier. Néanmoins la conductivité des tissus et organes est responsable du pattern de distribution de ces courants induits dans les organes et tissus ;
  • le champ électrique induit va aussi se distribuer selon les variations de conductivités du milieu interne, mais moins que pour le courant induit[11] ;
  • tout contact avec un objet conducteur situé dans un champ électrique peut par ailleurs aussi générer un courant induit dans l’organisme[11].

Effet du champ magnétique[modifier | modifier le code]

Les tissus vivants y sont aussi perméables que l'air. Un organe ou tissus interne est donc exposé au même champ que s'il était situé à l'extérieur du corps. La matière du corps animal ne perturbe que très peu ce champ. Leur principal mode d'interaction est l'induction (loi de Faraday, de champs électriques et des densités de courant associées dans les tissus conducteurs)[11].

  • C'est l'orientation du champ extérieur qui va moduler le champ et le courant électrique induit dans le corps [11];
  • Si l'on considère l'organisme dans sa globalité, les champs induits dans les tissus sont plus grands si le champ est aligné de l'avant vers l'arrière du corps. Cependant certains organes voient leurs valeurs les plus élevées survenir quand l'exposition au champ se fait de profil.
    Pour l'homme, les champs électriques les plus faibles « sont induits par un champ magnétique orienté le long de l’axe vertical du corps »[11] ;
  • plus un organisme est grand, plus - à intensité et orientation égale du champ magnétique - les champs électriques induits seront intenses ;
  • La distribution du champ électrique induit est modifiée par la conductivité des divers organes et tissus. Ceux-ci ont un effet limité sur la distribution de la densité du courant induit[11].

Dans le secteur de l'industrie et de l'alimentation électrique, des agents peuvent être exposés à des champs électriques élevés (jusu'à 30 kV m-1)[11].

Impacts sanitaires[modifier | modifier le code]

De tels champs peuvent être induits par les lignes à haute-tension[12] ou les gros transformateurs.

Certaines études épidémiologiques suggèrent un lien possible entre l'exposition à des ELF et l'apparition de certains types de tumeurs cérébrales[13].

Après une dizaine d'années d'observations, le CIRC a conduit l'OMS à revoir le statut des ELF dans le classement des substances et ondes nocives ; de "non cancérigènes", les ELF ont été reclassées "peut-être cancérigènes". Mais des efforts restent encore à faire pour préciser ces classements. Les enfants vivant à proximité de lignes à haute tension auraient en Europe deux fois plus de risque de développer une leucémie avant l'âge de 15 ans[réf. nécessaire]. D'autres effets sont suspectés, notamment concernant le risque de dépression[14] ou la diminution des défenses immunitaires de personnes exposées au champ d'un transformateur haute tension[15]. Les études sur les leucémies infantiles (risque significatif à partir de 0,4 mT) ont conduit la Suède à adopter une norme de 0,2 mT.

Parmi les solutions pour diminuer ce type de champ à proximité des habitations ou lieux de travail figurent le repositionnement, rehausse ou enfouissement des câbles, l'éloignement de transformateurs, l'utilisation de tensions moins hautes.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) « Extremely Low Frequency Transmitter Site, Clam Lake, Wisconsin », Navy Fact File, United States Navy,‎ (consulté le 17 février 2012) at the Federation of American Scientists website
  2. (en) Wolkoff, E. A. (mai 1993). « Pattern Measurements of U.S. Navy ELF Antennas » AGARD Conference proceedings 28 Sept. – 2 Oct. 1992, NATO ELF/VLF/LF Radio Propagation and Systems Aspects: 26.1–26.10, Belgium: AGARD Conference proceedings 28 Sept. – 2 Oct. 1992, NATOConsulté le 17 février 2012. 
  3. (en) Lewis Coe, Wireless Radio: A brief history, USA, McFarland, , 143–144 p. (ISBN 0786426624, lire en ligne)
  4. a, b et c (en) Christopher H. Sterling ELF, Military communications: from ancient times to the 21st century, ABC-CLIO, , 431–432 p. (ISBN 1851097325, lire en ligne)
  5. (en) Yu. B. Bashkuev, V. B. Khaptanov et A. V. Khankharaev, « Analysis of Propagation Conditions of ELF Radio Waves on the "Zeus"–Transbaikalia Path », Plenum, vol. 46, no 12,‎ , p. 909–917 (DOI 10.1023/B:RAQE.0000029585.02723.11, Bibcode 2003R&QE...46..909B, lire en ligne)
  6. (en) Trond Jacobsen, « ZEVS, The Russian 82 Hz ELF Transmitter », Radio Waves Below 22 kHz, Renato Romero webpage,‎ (consulté le 17 février 2012)
  7. (en) James Hardy, « India makes headway with ELF site construction », IHS Jane's Defence Weekly,‎ (consulté le 23 février 2014)
  8. (en) « Navy gets new facility to communicate with nuclear submarines prowling underwater », The Times of India,‎
  9. (en) « Titan's Mysterious Radio Wave », Jet Propulsion Laboratory,‎ (consulté le 2 juin 2007)
  10. Pulsars
  11. a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l et m OMS Résumé et recommandations relatives aux études à mener, rapport complet Extremely Low Frequency Fields
  12. RTE, un nouveau service d’information et de mesures sur les champs magnétiques de très basse fréquence (50 Hz)
  13. Voir l'article d'Isabelle Baldi et al. intitulé Occupational and residential exposure to electromagnetic fields and risk of brain tumors in adults: a case–control study in Gironde, France. Disponible en ligne : http://onlinelibrary.wiley.com/store/10.1002/ijc.25765/asset/25765_ftp.pdf?v=1&t=hv51ufae&s=b368810187f6834d27f02c98189aacd564dd5718
  14. Verkasalo P.K. "Magnetic Fields of Transmission Lines and Depression", American journal of epidemiology, 147 (1997)
  15. F.Szabazon, L.Bonhomme-Faivre, S.Déoux, P.Déoux, R.Santini, "Significant Increase of Leucocytes, NK and Interleukines 2 in Humans After the End of 0.4 uT-12uT Subchronic Exposure". 24 th annual meeting BEMS, P 247, 2002 Québec

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]