Champ proche et Champ lointain

👉 Structure du Champ électromagnétique généré par une source

Toutes les sources de champs électromagnétiques génèrent un champ électromagnétique qui est fait de trois contributions :

• Une contribution dominante, correspondant pour les antennes-relais à un champ électrique,

• Une contribution complémentaire, correspondant toujours pour les antennes-relais à un champ magnétique,

• Une contribution qui se propage.

Les trois contributions existent près de la source. La contribution dominante et la contribution complémentaire décroissent très vite quand on s'écarte de celle-ci. La contribution qui se propage décroît lentement. 

Il arrive donc un moment, assez loin de la source, où la seule contribution mesurable est la contribution qui se propage. Cette contribution, assez loin de la source, est une onde. Elle est d'abord sphérique, avec des fronts d'onde sur des sphères centrées sur l'antenne, puis plane.

Le champ électromagnétique est donc très complexe à décrire quand on est tout proche de la source. Loin de la source, c'est beaucoup plus simple ! C'est une onde plane, caractérisée par son amplitude maximum et par sa fréquence (ou de façon équivalente par sa longueur d'onde). 

👉 Découpage de l'espace autour d'une source de champ électromagnétique en trois zones

On a l'habitude de définir trois zones autour d'une antenne. Dans chaque zone, le champ électromagnétique à un comportement différent.

• Très proche de l'antenne, on a la zone de champ proche réactif :

• Dans cette zone, le champ électrique E et le champ magnétique H ne sont pas liés par des relations simples. Connaître E ne permet pas de calculer H,

• Par ailleurs, les deux champs E et H restent « liés » à la source. Ils ne se propagent pas. Et comme on l'a vu, ils s’atténuent très vite avec la distance.

• Les objets métalliques proches (corps, câbles, boîtier…) dans cette zone peuvent fortement perturber et amplifier localement le champ électromagnétique. Ils interagissent aussi avec l’antenne par couplage électrique / magnétique, et peuvent dans certains cas se transformer en antennes parasites.

• Un peu plus loin de l'antenne, on a la zone de champ proche radiatif.

• Là, le champ électromagnétique commence à se comporter globalement comme une onde, mais le front d’onde n’est pas encore homogène (l'onde n'est pas plane mais sphérique),

• Des interférences locales entre les différents éléments rayonnants de l’antenne créent des variations spatiales rapides du champ. Cela pose un problème pour la représentativité des mesures.

• Encore un peu plus loin, on a la zone de champ lointain.

• Les amplitudes de la contribution dominante et de la contribution complémentaire dont on a parlé sont devenues extrêmement faibles et non mesurables. il ne reste dans cette zone que la contribution qui se propage,

• Le champ électrique E et le champ magnétique H de ce champ oscillent en phase, en passant au même moment par leur maxima ou leur minima,

• Le ratio de leurs amplitudes reste constant à tous moments : E / H = constante = 377 ohms.

• Les deux champs E et H sont perpendiculaires l'un à l'autre et sont aussi perpendiculaires à la direction de propagation. On a affaire à une onde plane.

👉 Comment fonctionne les Champmètres qui mesurent les radiofréquences 

Tous les champmètres RF grand public et professionnels que vous connaissez mesurent les ondes en intégrant dans leur chaîne de calcul : 

• Le fait que l'onde qu'ils mesurent est une onde plane (et pas sphérique),

• Le fait que connaître le champ électrique E permet de calculer le champ magnétique H et réciproquement.

Ils sont donc conçus pour mesurer uniquement le champ électrique en V/m des ondes en zone de champ lointain. H dépendant de E dans cette zone, ils calculent ensuite la puissance électromagnétique de l'onde avec E mesuré et H calculé.

On comprend rapidement les limitations de ces champmètres quand ils sont utilisés en dehors de la zone de champ lointain  :

• Dans la zone de champ proche radiatif, qui est une zone d'interférence locale créée par les différents éléments radiatifs de l'antenne, la représentativité de la mesure peut être discutable. 

• Dans la zone de champ proche réactif, à proximité immédiate des antennes, là où les techniciens interviennent sur les toits terrasses, c'est encore pire. Les champmètres RF qui mesurent les ondes sont inopérants ! Ils mesurent en effet le champ électrique en lui prêtant des propriétés physiques qu'il n'a pas et en déduisent un champ magnétique dont la valeur utilisée pour calculer la puissance surfacique est doublement fausse. 

  • • • D'abord parce que E mesuré est faux, le champ électrique n'est pas celui d'une onde plane,

      • Ensuite parce que H est calculé en utilisant la relation pour une onde. 

      • Au final, les valeurs de champ électrique en V/m et/ou de puissance surfacique en micoW/m2 fournis par ces champmètres en zone de champ proche radiatif sont incorrectes et non représentatives de la réalité.

👉 Comment fonctionne les détecteurs / mesureurs / dosimètre qui mesurent le champ électromagnétique à proximité des antennes 

Les techniciens qui interviennent sur les antennes sont parfois équipés d'un appareil visant à garantir leur sécurité (ce n 'est pas une obligation en France). Ces champmètres spécialisés mesurent correctement le champ électromagnétique quelque soit la distance aux antennes, en zone de champ proche réactif, en zone de champ proche radiatif et en zone de champ lointain.

Ils ne font aucune hypothèse sur les relations entre le champ électrique E et le champ magnétique H : E et H sont mesurés indépendamment en continu et comparés aux valeurs limites officiels :

• En champ proche, les mesures avec E et H sont correctes et décrivent bien le champ électromagnétique,

• En zone de champ lointain, donc quand le champ électromagnétique est devenu une onde, les mesures sont aussi correctes. Le champ magnétique de l'onde a juste été mesuré au lieu d'être calculé à partir du champ électrique. 

Un exemple de ces champmètres spécialisés est le Radman 2 du fabricant Narda. 

• Narda indique dans sa note technique que l'appareil est muni de capteurs de champ électrique et de capteurs de champ magnétique, optimisés bien sûr pour les fréquences de la téléphonie mobile et les autres sources de radiofréquences.

👉 Problématique des mesures Champmètre RF collé ou à proximité de la source

Internet contient des centaines d'images et de vidéos montrant comment telle ou telle source de radiofréquences peut être nocive. 

Et la valeur mesurée avec un champmètre RF, toujours très élevée, est apportée comme la preuve de la nocivité. 

Même si ces images et vidéos sont très démonstratives et jouent bien leur rôle d'alerte du public, ce qu'il faut encourager, elles partagent toutes le fait que la mesure est réalisée en champ proche réactif avec un champmètre RF fait pour le champ lointain.

Les valeurs d'exposition annoncées n'ont donc aucune valeur physique. Elles montrent juste que le champmètre RF s'est couplé avec une source de champ électrique et de champ magnétique haute fréquence. 

S'il fallait prendre une analogie très simplifiée pour expliquer ce qui se passe, on pourrait assimiler la source de RF à une prise électrique sous tension et le champmètre RF à un détecteur de tension sans contact. Cet appareil de couple avec la prise électrique et beep d'autant plus fort qu'on le rapproche de la source. En champ proche réactif, le champmètre RF à le même comportement. Il montre qu'il y a bien un champ, mais ne donne pas de mesure exploitable.

Il faut toujours avoir en tête cette limitation propre aux champmètres RF : ils ne sont pas faits pour être collés aux sources.

Un champmètre RF classique est calibré pour mesurer des ondes planes, pas pour des couplages locaux en zone de champ réactif.

👉 Calculer des limites des zones de champ proche réactif, de champ proche radiatif et de champ lointain d'une antenne-relais 

Les limites des différentes zones dépendent de la taille de l'antenne et de la longueur d'onde de l'onde. 

Un calculateur en ligne est disponible sur le site. Il fournit automatiquement les différentes limites : cliquez ici.