Comment mesurer les champs électromagnétiques des appareils ménagers ?

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Les mesureurs de champs électromagnétiques, utilisés pour indiquer l’intensité globale d’une gamme de champs électromagnétiques, sont maintenant disponibles avec un large éventail de sensibilités, de réponses en fréquence et de caractéristiques. Pour une utilisation à la maison ou au bureau, de simples compteurs peu coûteux suffisent souvent pour une première détection. Deux types de compteurs différents sont généralement nécessaires : un compteur à bande étroite pour les champs de basse fréquence (ELF) et un compteur à large bande pour les champs de radiofréquence et de micro-ondes, bien que parfois ceux-ci soient combinés en un seul compteur (combo).

Le compteur ELF est utilisé pour mesurer les champs magnétiques (et parfois aussi électriques) associés aux champs de très basse fréquence (par exemple la fréquence du secteur à 50 Hz et, au plus, quelques kHz) tandis que le compteur RF à large bande doit mesurer le gradient de tension ou la densité de puissance des champs de radiofréquence. Le RF mètre devrait également être capable de mesurer la fréquence radio pulsée produite par les téléphones mobiles et les stations de base, les téléphones sans fil DECT et les réseaux sans fil, ainsi que la puissance continue de sources RF moins complexes telles que les émetteurs de radio et de télévision. Des exemples économiques des deux types de compteurs sont présentés ci-dessous pour faciliter la tâche du lecteur.

Les champs électriques et magnétiques générés par les appareils domestiques sont situés près de la source et n’affectent donc généralement que des zones partielles du corps. L’intensité des champs est très variable selon le type d’appareil ménager, sa puissance, son état de fonctionnement. En général, les champs magnétiques générés par les appareils ménagers (par exemple, les transformateurs, les moteurs, les téléviseurs, les PC, etc.) sont situés près de la source et diminuent rapidement à mesure que la distance augmente. Les appareils ménagers produisent également des champs électriques statiques et des champs électromagnétiques à diverses basses fréquences, qui diminuent rapidement à mesure que la distance augmente.

Tous les appareils ménagers produisent des champs électriques, magnétiques ou électromagnétiques situés à une certaine distance de l’appareil

Dans la littérature scientifique, les basses fréquences sont divisées en deux gammes principales, à savoir les fréquences extrêmement basses (ELF) avec des fréquences jusqu’à 300 Hz, et les fréquences intermédiaires (IF) avec des fréquences entre 300 Hz et 10 MHz. Une étude scientifique récente a montré que, dans l’environnement intérieur, des valeurs élevées du champ magnétique à extrêmement basse fréquence (ELF) ont été mesurées à proximité de divers appareils ménagers (jusqu’à la gamme des millitesla), dont certains sont tenus près du corps comme les sèche-cheveux et les rasoirs électriques. Les sources courantes d’exposition aux fréquences intermédiaires (FI) comprennent les cuisinières à induction, les ampoules fluorescentes compactes, les systèmes de charge inductive pour les voitures électriques et les dispositifs d’alarme et antivol.

Les différentes sources de champs électromagnétiques à différentes fréquences

Les sources de champ de fréquence intermédiaire (FI) comprennent également les écrans d’ordinateur et les téléviseurs contenant des tubes cathodiques, les jouets, y compris les moteurs électriques, etc. Les niveaux de référence pour l’exposition du public peuvent être dépassés à proximité immédiate de ces dispositifs. Certaines autres sources de FI sont récemment devenues extrêmement courantes dans les foyers et d’autres appareils pourraient bientôt suivre, par exemple les dispositifs de charge inductive sans fil des batteries de téléphones portables. Divers composants automobiles produisent également des champs magnétiques à basse fréquence (de quelques Hz à plusieurs kHz) dans les câbles et les composants qui conduisent l’électricité. Les voitures hybrides et/ou électriques produisent des champs magnétiques beaucoup plus puissants que les véhicules classiques équipés uniquement de moteurs à essence ou diesel.

La mesure des champs électromagnétiques domestiques vous aidera à adopter un comportement approprié. Il existe plusieurs moyens de limiter votre exposition aux CEM domestiques, et l’un d’eux en particulier consiste à rester à l’écart d’un appareil électrique en action : par exemple, asseyez-vous à une distance de bras de votre moniteur. En fait, les champs magnétiques générés par les appareils ménagers diminuent rapidement en intensité à mesure que la distance de la source augmente. Évitez la proximité inutile de sources de champs élevés, telles que les lignes électriques ou les transformateurs. Enfin, réduisez le temps passé dans les champs, par exemple, éteignez l’écran de votre ordinateur ou d’autres appareils électriques si vous ne les utilisez pas.

Guide pour le choix des jauges appropriées

Les procédures et techniques de mesure des champs électromagnétiques varient donc en fonction de la fréquence. Par commodité (bien que ces définitions ne soient pas “appropriées”), vous pouvez vous référer aux fréquences autour de 50 Hz comme fréquences extra-basses (ELF), celles au-dessus de 1 GHz comme micro-ondes et les fréquences intermédiaires comme radiofréquences (RF). Ainsi, si vous avez besoin d’un compteur pour contrôler les champs des appareils ménagers et du réseau électrique domestique, vous avez besoin d’un compteur pour 50 Hz ou ELF. Si vous devez mesurer les champs des téléphones mobiles ou sans fil et des routeurs ou des fours à micro-ondes, vous avez besoin d’un compteur pour mesurer les RF et les micro-ondes.

En règle générale, un compteur pour mesurer les ELF pourrait avoir une gamme de fréquences allant de 30 Hz à 2 kHz et un autre pour mesurer les RF de 50 MHz à 3 GHz ou, pour un compteur un peu plus cher, de 1 MHz à 8 GHz. L’ajout récent de lampes fluorescentes compactes à la maison exige un appareil de mesure avec une gamme VLF de 2 kHz à 400 kHz si l’on veut mesurer leurs champs. En général, pour les fréquences inférieures à 300 MHz (et donc aussi à la fréquence du réseau), des mesures séparées des champs magnétiques (H) et électriques (E) sont nécessaires, ou du moins du champ magnétique (qui est à l’origine des effets biologiques à 50 Hz), tandis que pour les radiofréquences et les micro-ondes, la mesure du champ électrique seul est suffisante.

Pour mesurer les champs magnétiques à la fréquence du réseau (50 Hz), on utilise normalement un instrument avec une sonde à induction magnétique. La réponse en fréquence de l’instrument doit être comprise entre 30 Hz et 1 kHz, afin de pouvoir mesurer les harmoniques de la fréquence du réseau électrique de votre maison. L’erreur de l’instrument doit être limitée à ± 10 50Hz. Sa gamme dynamique devrait être suffisante, par exemple, 0-200 μT ou plus pour mesurer les champs élevés, tandis que 0-10 μT est suffisant pour les champs domestiques, qui nécessitent une sensibilité d’au moins 0,1 μT. Pour les mesures à long terme, le compteur doit avoir une capacité d’enregistrement numérique (enregistrement des données). Si le compteur est analogique, l’aiguille fluctuera souvent, de sorte que la mesure enregistrée devrait être la moyenne estimée.

Un ELF mètre fiable et d’un bon rapport qualité-prix est le TriField 100XE, un instrument analogique qui mesure principalement les champs magnétiques et électriques générés par la tension secteur (à 50 Hz), dans la bande de 30 Hz à 2 kHz, ensemble sur trois axes, déterminant ainsi la valeur efficace, grâce à ses sondes isotropes. Le dernier né de la famille TriField est le compteur numérique TriField TF2, un compteur ELF isotrope qui peut mesurer les champs magnétiques de basse fréquence (dans la gamme 40 Hz-100 kHz) et les champs électriques de basse fréquence (dans la même gamme). Le compteur TriField 100XE est excellent pour mesurer les champs magnétiques et électriques à la fréquence du réseau (50 Hz) et dans la gamme ELF.

La bande passante plus large du TriField TF2 par rapport au modèle analogique (TriField XE) le rend excellent pour mesurer les champs magnétiques des appareils ménagers, le réseau électrique domestique (qui comporte plus de 30 harmoniques) et, plus généralement, l'”électricité sale”, qui caractérise souvent les réseaux électriques dans les environnements intérieurs, alors qu’il est totalement déconseillé de l’utiliser comme compteur de radiofréquences (RF), pour lequel il faut un instrument spécial. Par conséquent, le TriField XE est plus adapté à la mesure des champs (extérieurs ou intérieurs) produits par les lignes électriques, qui ne présentent que quelques points de pourcentage d’harmoniques, tandis que pour celui des sources intérieures, le TriField TF2 est préférable. Le compteur TriField TF2, excellent pour mesurer, par exemple, les champs magnétiques des appareils électroménagers et de l’alimentation électrique domestique.

Au lieu de cela, l’un des électromètres à radiofréquence (RF) les plus répandus et, surtout, avec le meilleur rapport qualité/prix, est le PCE-EM 29. Il s’agit d’un appareil à large bande capable de mesurer les champs électromagnétiques radiofréquence intérieurs et extérieurs dans la gamme 50 MHz-3,5 GHz, grâce à son capteur de champ électrique isotrope (qui permet des mesures sur trois axes ensemble, voire un à la fois). Il permet de mesurer, en pratique, l’intensité du champ des ondes électromagnétiques (RF) à haute fréquence ; la densité de puissance rayonnée des antennes de station de base des téléphones mobiles ; les applications de communication sans fil (CW, TDMA, GSM, DECT) ; le signal Wi-Fi (routeur, LAN sans fil et points d’accès) ; les espions des appareils photo et les mouchards sans fil ; le niveau de rayonnement émis par les téléphones mobiles et sans fil ; les fuites éventuelles des fours à micro-ondes. Un radiomètre modèle PCE-EM 29 lors de la mesure du champ près de la base d’un téléphone sans fil DETC. Notez la valeur très élevée du champ électrique produit, égale à 5,6 V/m à une courte distance de la base.

Mesures aux basses fréquences : les champs magnétiques

Les champs de fréquence du secteur (50 Hz) présents dans les habitations et les bureaux diffèrent de ceux des lignes électriques pour deux caractéristiques importantes : l’intensité de ces champs peut être très faible, même de l’ordre de 0,1 μT (ou 1 mG), ce qui est environ deux ordres de grandeur plus faible que les champs voisins de certaines lignes électriques, par exemple à moyenne ou haute tension ; et (2) les champs peuvent contenir un pourcentage élevé d’harmoniques, c’est-à-dire plus de 30 %. En outre, si la géométrie et les caractéristiques des lignes électriques sont assez bien définies, il n’en va pas de même pour les sources dans les environnements résidentiels et professionnels, où la géométrie et l’intensité du champ sont généralement plus complexes et dépendent de divers facteurs.

Les champs magnétiques dans les maisons sont produits par des courants électriques qui varient considérablement et qui ont une variabilité instantanée, horaire, quotidienne et saisonnière. Par conséquent, les champs magnétiques résidentiels sont très variables, non seulement dans les différents endroits de la maison, mais aussi dans le temps au même endroit. Chaque mesure doit donc être considérée comme unique dans le temps et l’espace et doit être enregistrée avec le temps et la position de l’instrument de mesure. Par conséquent, une méthodologie standard qui inclut un protocole précis de mesure du champ magnétique intérieur améliore la fiabilité et la comparabilité des mesures.

En général, les mesures du champ magnétique résidentiel résument le champ magnétique moyen pendant une période d’échantillonnage donnée. Ils peuvent être classés, en gros, en deux catégories principales : les mesures ponctuelles, c’est-à-dire des mesures prises en un ou plusieurs endroits, sur une courte période de temps et donnant une réponse unique à chaque endroit ; les mesures à long terme ce sont mesures prises par un compteur et enregistrées par un enregistreur de données à un endroit donné pendant, généralement, au moins 24 heures, également pour obtenir une moyenne arithmétique (ou parfois une médiane) des mesures individuelles. Les principales mesures sont généralement effectuées à la fréquence fondamentale du réseau (50 Hz en Europe), sans mesurer les harmoniques ou d’autres fréquences (les radiofréquences nécessitent un instrument ad hoc).

Il existe aussi, en fait, un troisième type de mesures : les mesures d’exposition personnelle. Elles sont réalisées, généralement à des fins de recherche ou de protection de la santé personnelle, par le résident en question qui porte un petit compteur portable et un enregistreur de données, un enregistreur électronique de données, pendant, généralement, au moins 24 heures. Cet enregistreur enregistre souvent les champs magnétiques rencontrés à l’intérieur et à l’extérieur de la maison lors des activités quotidiennes normales, et est placé près du lit lorsque le sujet surveillé dort. Ce dernier doit également tenir un journal des activités quotidiennes (heure, lieu et équipement électrique utilisé) pendant les 24 heures de la surveillance. Pour évaluer l’exposition résidentielle, les mesures de l’exposition personnelle peuvent donc être limitées aux périodes où le résident se trouve à l’intérieur de la maison.

Enregistrement avec un compteur d’exposition au champ magnétique sur 24 heures

Les mesures doivent être effectuées aux endroits suivants :

  • Champs de fond : 1 mètre au-dessus du sol/plancher en plaçant le compteur debout sur un matériau/surface non conducteur ; les mesures doivent être effectuées aussi près que possible du centre géométrique d’une pièce.
  • Champs d’appareils ménagers : à une distance similaire à celle habituellement utilisée lors de l’utilisation de l’appareil en question ; la position des mesures doit simuler la position du torse humain.
  • Surveillance personnelle : en cas d’exposition personnelle, les mesures doivent être effectuées avec le compteur placé sur le torse.

La quantité d’électricité utilisée dans la maison a une incidence sur les niveaux du champ magnétique. Par conséquent, les mesures ponctuelles dans les pièces et les positions extérieures de la résidence doivent être effectuées dans des conditions de consommation d’énergie “faible”, “élevée” et “normale”. La première condition simule une période de très faible consommation d’énergie, comme le fait de dormir la nuit, et constitue donc une mesure approximative des champs produits par les lignes électriques voisines et d’autres sources externes. La condition de faible puissance est obtenue en éteignant la plupart des systèmes qui consomment de l’électricité à l’intérieur de la résidence, y compris le chauffage et la climatisation, les lumières et les appareils. Les appareils qui fonctionnent en permanence, tels que les réfrigérateurs et les congélateurs, doivent être laissés allumés.

La condition de forte consommation d’énergie simule une période de forte consommation et est donc indicative de la combinaison des champs de sources externes et de ceux situés à l’intérieur de la maison. Il peut également permettre d’identifier la contribution du “courant de terre” de la maison, qui peut dans certains cas être la source principale du champ magnétique. Cette condition est obtenue en allumant plusieurs systèmes électriques consommateurs d’énergie, notamment les lumières et les appareils. D’autre part, la condition de consommation moyenne d’énergie est facultative et est la plus représentative (avec celle de faible consommation) des champs magnétiques existant normalement dans la maison. Il est obtenu en allumant seulement certains appareils électriques ou certaines lumières, afin de simuler les conditions qui existeraient lors de l’utilisation normale d’une chambre en présence d’un résident.

Le photomètre donne la valeur de la puissance électrique absorbée à un moment donné par tous les appareils utilisés dans une maison

Les autres informations qui peuvent être utilisées pour évaluer l’exposition aux champs magnétiques résidentiels sont les caractéristiques de la source du champ magnétique (type, tension, puissance, etc.); l’emplacement des entrées et des compteurs d’électricité, de gaz et d’eau ; l’existence, le type et l’emplacement de toute ligne électrique, de tout transformateur ou de toute sous-station à proximité de la maison; la consommation électrique de la résidence (annuelle, trimestrielle, etc.). Des informations sur l’utilisation de l’équipement par le résident (y compris la durée et la fréquence d’utilisation et la proximité de l’équipement lorsqu’il est utilisé); des mesures des champs magnétiques produits par les courants de terre, par exemple, à proximité du pôle terrestre.

Une mesure professionnelle d’un champ magnétique consiste à enregistrer l’intensité maximale du champ magnétique dans trois directions orthogonales et à calculer la quantité résultante sous forme de valeur quadratique moyenne (valeur efficace). En tant que tel, l’instrument de mesure doit être un mesureur de champ magnétique à trois axes qui enregistre les trois composantes orthogonales du champ et calcule ensuite la valeur efficace résultante. Si un instrument de mesure ne mesure le champ magnétique que dans une seule direction, chaque composante orthogonale du champ doit être évaluée séparément et la valeur résultante doit être calculée et enregistrée en conséquence. Le calcul doit être effectué à l’aide de l’équation suivante :

Équation simple à utiliser pour calculer l’intensité du champ magnétique à partir de ses trois composantes spatiales

Où Bx, By et Bz sont les densités de flux magnétique mesurées en un point de l’espace dans les trois directions orthogonales. Il convient de noter que les appareils à axe unique nécessitent une orientation soigneuse pour éviter de perdre le principal composant vectoriel, en particulier à proximité des appareils. Il est également recommandé d’enregistrer les trois composantes orthogonales du champ ainsi que sa valeur résultante. Cette approche, parmi d’autres avantages, simplifie grandement l’identification de la principale source de contribution du champ magnétique dans un environnement multisource complexe si les travaux d’atténuation du champ en question suivront à un stade ultérieur.

Avant de prendre des mesures pour une résidence donnée, il faut vérifier le bon fonctionnement des compteurs. Il convient de prêter attention à l’étalonnage sur des plages de faible niveau (par exemple 0,04 μT ou moins), en raison de l’influence des champs de fond. Après une première introduction, la personne qui effectue les mesures doit donner au résident un aperçu général de la procédure de mesure. Ensuite, avec l’aide du résident, il doit inspecter les zones de mesure intérieures et extérieures et noter sur une feuille de papier la disposition de la résidence, y compris les lignes électriques et les installations électriques dans une distance de 50 mètres et la position des compteurs de lumière.

La résidence doit être préparée pour les mesures en “condition de faible consommation d’énergie” et les mesures doivent être prises dans / près des centres de chambres et autres endroits. Les résultats doivent être enregistrés en conséquence. Après les mesures à faible consommation d’énergie, la résidence doit être préparée pour les mesures à la “condition de forte consommation d’énergie”. Les mesures doivent être répétées et enregistrées. Par la suite, les mesures se concentrent sur les appareils ménagers et électriques à proximité desquels le résident passe un temps considérable, comme le suggère le résident lui-même. Enfin, des mesures supplémentaires peuvent être effectuées à la demande du résident.

Des compteurs avec enregistreur de données pour les mesures de champs magnétiques à long terme doivent être installés dans le salon et les chambres de l’appartement (ou dans toute autre pièce où les résidents passent beaucoup de temps). Les compteurs doivent être placés au centre des pièces (ou à proximité) à 1 mètre du sol sur un support non conducteur. Les compteurs doivent rester dans cette position pendant 24 heures et doivent être récupérés le jour suivant. Si un seul compteur est disponible, les champs des différentes chambres doivent être mesurés à des jours différents en accord avec le résident, en veillant à ce que les conditions de mesure soient similaires pour tous les jours.

Mesure des radiofréquences : champs électriques

Même dans le cas des champs de radiofréquences domestiques, on peut distinguer les champs de fond et les champs des appareils électroniques. Les mesures du champ électrique RF sont effectuées à l’aide d’un RF mètre et sont réalisées de manière similaire à celles des champs magnétiques basse fréquence, mais avec plus de soin pour éviter l’influence de l’opérateur sur la mesure. Pour la mesure des champs RF de fond dus à des sources externes (telles que les stations de base radio, les stations de radio-télévision, etc.), vous pouvez référer à un article “Comment mesurer les champs des stations de base radio”, tandis que pour la mesure de l’exposition aux téléphones mobiles, vous pouvez se référer à un article “Comment mesurer l’exposition au champ d’un téléphone mobile”.

De même que pour les basses fréquences, une fois que vous avez mesuré avec un RF mètre le champ de fond intérieur dû aux sources RF à l’extérieur de la maison (pour ce faire, il est nécessaire d’éteindre l’interrupteur principal et chaque appareil mobile), vous pouvez mesurer, en allumant un à la fois les différents appareils, les champs produits à différentes distances de diverses sources RF typiques de l’environnement domestique : Les téléphones sans fil DECT ou similaires ; les appareils Wi-Fi (en particulier, les routeurs Wi-Fi, mais pas seulement) ; les appareils domestiques et/ou domotiques utilisant, au lieu du Wi-Fi, l’une des autres technologies de communication : Bluetooth, Z-Wave, Zigbee, etc. Les compteurs “intelligents” à l’intérieur ou à l’extérieur de la maison. Un Cornet ED88T utilisé pour mesurer la sortie d’un iWatch lorsqu’il est couplé à un smartphone via Bluetooth.

Ensuite, avec le même radiomètre, il sera possible de mesurer le champ électrique maximal présent à l’intérieur des différentes pièces de la maison ou du bureau dans une situation où tous les utilisateurs fixes et mobiles possibles sont allumés et, ensuite, le champ électrique dans une situation intermédiaire, et plus réaliste, où seuls ceux qui sont normalement utilisés par les résidents dans cet environnement sont allumés. Il est évident que si vous avez affaire à un bureau où plusieurs personnes gardent régulièrement leur téléphone portable allumé et passent ou reçoivent occasionnellement des appels téléphoniques, il faudra reproduire cette situation, peut-être avec une certaine patience d’attente, étant entendu que pour avoir une idée plus précise de l’exposition, il faudrait des mesures à long terme.

En ce qui concerne, en particulier, les mesures sur les routeurs Wi-Fi, puisque les derniers modèles de ces appareils fonctionnent non seulement dans la bande des 2,4 GHz, mais aussi dans la bande des 5 GHz, qui est hors de portée de nombreux électrosmomètres RF courants (comme, par exemple, la bande des 2,4 GHz). le PCE-EM 29), il est nécessaire d’utiliser un mesureur RF à bande plus large, tel que le Cornet ED78S, qui fonctionne dans la gamme de fréquences de 100 MHz à 8 GHz, ou le Cornet ED88T, plus cher, qui, contrairement au modèle précédent, est un excellent mesureur, en plus des RF, également (comme TriField) des champs électriques et magnétiques à basse fréquence, mais dans la gamme 50 Hz-10 kHz (idéal pour mesurer “l’électricité sale”) et, en outre, affiche la fréquence d’affichage (mais seulement dans la gamme de fréquences 100 MHz-2,7 GHz).

Cornet ED88T : pour mesurer tous les champs de haute et basse fréquence

En outre, si vous utilisez les applications “Wi-Fi Analyzer” pour mesurer le champ Wi-Fi d’un routeur, qui vous permet entre autres de mesurer l’atténuation en décibels (dB) du signal dans le cas par exemple du blindage du routeur lui-même, établir un graphique et un tableau peut être utile, qui vous permettent de convertir facilement le décibel (dB) en pourcentage (%) d’atténuation et vice versa. Le décibel n’est pas vraiment une unité de mesure, mais plutôt une façon de décrire la relation entre une mesure d’intensité et une autre. Notez que, en raison de la relation logarithmique, une valeur de 20 dB représente une réduction de 90 % du champ (mesuré en V/m ou mV/m). Le tableau indique également la réduction de la densité de puissance (celle mesurée en W/m2), qui est plus importante : par exemple, une valeur de 20 dB correspond toujours à une réduction de la densité de puissance de 99%.