Cette étude discute les limites à utiliser pour la protection des hommes contre de brèves expositions aux RF (durée inférieure à 6 minutes) à des fréquences inférieures à 6 GHz. Il n'y a pas de tendance claire entre l'Absorption Spécifique (note : énergie absorbée par les tissus) et la température locale, contrairement à la relation entre le DAS moyen (note : Débit d'Absorption Spécifique) sur 10 g de tissu et l'augmentation maximale de la température à l'état d'équilibre. Pour de brèves expositions au-dessus de 400 MHz, l'augmentation maximale de la température pour une Absorption Spécifique  (pendant les brèves impulsions) correspondant à celle obtenue avec une exposition constante de 6 min dépasse la température à l'état d'équilibre, selon le scénario d'exposition. La dépendance temporelle de la durée est le paramètre le plus importante pour introduire une nouvelle restriction liée à l'Absorption Spécifique. Nous avons proposé que les limites pour l'Absorption spécifique soit basée sur la courbe de régression requise pour une élévation de température de 2,5 °C. De plus, nous avons calculé l’augmentation de la température au fil du temps pour quatre scénarios typiques avec des expositions à des ondes comprenant plusieurs impulsions venant éclairer un modèle 3D multicouches et des modèles anatomiques humains. La courbe de régression qui a été obtenue ici fournit un indicateur utile pour éviter l’augmentation de la température des tissus soumis à de brèves expositions. Des recherches supplémentaires sont nécessaires, spécialement avec des études expérimentales, pour quantifier les incertitudes des résultats numériques et améliorer la justification technique des seuils utilisés dans les préconisations / standards internationaux.

Cet article passe en revue les études dosimétriques / analytiques sur l'exposition humaine aux radiofréquences supérieures à 6 GHz pour lesquelles de nouveaux systèmes de communication sans fil ont été déployés. Une revue systématique a été menée pour les études sur la température en régime permanent pour les expositions aux ondes sinusoïdales et sur l'augmentation transitoire de la température pour des Expositions aux impulsions courtes ou à des trains d'impulsions courtes. Bien qu'un nombre limité d'études aient été rapportées sur des études expérimentales, un accord assez large entre les températures analytiques, informatiques et expérimentales a été observée. La nécessité de la recherche, en particulier pour les études expérimentales, a été décrite pour quantifier l'incertitude ainsi que pour améliorer la justification des limites dans les lignes directrices / normes internationales.

Grâce à l'application du modèle numérique, les estimations de température indiquant une augmentation supérieure au seuil OAHET  (note : seuil susceptible d'entrainer des effets avérés nocifs sur la santé = Operational Adverse Health Effect Threshold) de l'ICNIRP ont été jugées non prudentes; pour le reste, les limites ont été jugées prudentes. Cette analyse a été effectuée avec une variété de diamètres de faisceau, de fréquences et de durées d'exposition. Les résultats ont démontré que les limites d'exposition localisée de l'ICNIRP dans la gamme de fréquences de 6 GHz à 300 GHz n'étaient pas suffisamment prudentes pour tous les scénarios d'exposition. Le manque de prudence est particulièrement marqué pour les expositions de courtes impulsions à des fréquences de 30 GHz ou plus et avec de petits diamètres de faisceau. Dans les pires conditions d'exposition, nous avons estimé que les augmentations de température des tissus pouvaient atteindre un niveau 3,57 fois supérieur aux augmentations cibles de température de l'ICNIRP de 0,5 °C et de 2,5 °C dans des environnements non contrôlés et contrôlés, respectivement. Ces valeurs se traduisent en une augmentation de température localisée des tissus d'environ            1,79 °C pour les expositions dans un environnement non contrôlé et d'environ 8,93 °C pour les expositions dans un environnement contrôlé. De plus, dans l'environnement contrôlé (p. ex. professionnel), les températures pourraient dépasser le seuil OAHET de 41 °C et entrainer une sensation de douleur due à la chaleur ou des lésions tissulaires. Il est important de noter que les pires conditions d'exposition qui ont donné lieu à ces augmentations de température peuvent être corrigées en modifiant les limites d'exposition localisée de l'ICNIRP (2020).

Pour évaluer si les limites d'exposition localisées recommandées au-dessus de 6 GHz spécifiées dans l'ICNIRP (2020) entraînent des températures tissulaires localisées inférieures à l'OAHET (note : seuil susceptible d'entrainer des effets avérés nocifs sur la santé = Operational Adverse Health Effect Threshold) et respectent le caractère prudent prévu (c'est-à-dire fournissent les facteurs de réduction prévus), une modélisation numérique a été utilisée à l'aide d'un modèle de faisceau gaussien approximatif. Ce modèle peut être utilisé pour estimer les augmentations de température dans les tissus humains en : i) déterminant la propagation des ondes à travers plusieurs couches de tissus en supposant que le CEM (note : le champ électromagnétique) incident est une onde plane, à partir de laquelle le CEM absorbé est calculé en fonction de la profondeur dans le tissu, ii) prendre en compte l'effet du diamètre du faisceau fini en multipliant la distribution en profondeur des champs électromagnétiques absorbés par une distribution transversale gaussienne, et iii) résoudre l'équation de transfert de chaleur biologique de Pennes dans toutes les couches en considérant les effets de la diffusion de chaleur, le transport de la chaleur par la perfusion du sang et la perte de chaleur par convection à l'interface air-peau. En ce qui concerne la représentation des tissus superficiels humains, un modèle à 3 couches composé de peau, de tissu adipeux sous-cutané (SAT) et de muscle a été considéré pour des fréquences comprises entre 6 GHz et 60 GHz et un modèle à 4 couches composé d'épiderme, de derme, de SAT et de muscle a été pris en compte pour les fréquences supérieures à 60 GHz jusqu'à 200 GHz. Le modèle numérique a permis d'évaluer l'impact de la moyenne temporelle et spatiale, pour les expositions continues et pulsées.

Grâce à l'application du modèle numérique, les estimations de température indiquant une augmentation de température supérieure à l'OAHET de l'ICNIRP ont été considérées comme non conservatrices, sinon les limites ont été considérées comme conservatrices. Cette analyse a été effectuée pour une variété de diamètres de faisceau, de fréquences et de durées d'exposition. Les résultats ont démontré que les limites d'exposition localisées de l'ICNIRP dans la gamme de fréquences de 6 à 300 GHz n'étaient pas suffisamment prudentes pour tous les scénarios d'exposition. Le niveau de non-conservatisme était particulièrement prononcé pour les expositions à impulsions courtes à des fréquences de 30 GHz ou plus et avec de petits diamètres de faisceau.

Dans certaines conditions d'exposition les plus défavorables, les élévations de température des tissus ont été estimées jusqu'à 3,57 fois supérieures aux augmentations de température cibles de l'ICNIRP de 0,5 °C et 2,5 °C respectivement pour les environnements non contrôlés et contrôlés, ce qui se traduit par une augmentation localisée de la température des tissus de ~ 1,79 °C pour les expositions en environnement non contrôlé et ~ 8,93 °C pour les expositions en environnement contrôlé. De plus, dans un environnement contrôlé (par exemple professionnel), les températures pourraient dépasser l'OAHET de 41 °C et éventuellement entraîner une sensation de chaleur, de douleur ou des lésions tissulaires. Il est important de noter que les pires conditions d’exposition ayant entraîné ces élévations de températures peuvent être traitées en modifiant les limites d’exposition localisées de l’ICNIRP (2020).

Dans cette étude, les implications des limites RF EMF spécifiées dans less directives ICNIRP 2020 sont étudiés en analysant les limites de conformité de plusieurs BS (note : station de base = antenne émettrice), y compris les antennes multicolonnes passives ainsi que les BS mMIMO (note : MIMO massif), représentatives de différentes technologies mobiles (de la 2G à la 5G) et s'étendant sur plusieurs bandes. Les limites de conformité sont dérivées individuellement pour chaque produit et leurs dimensions (note : des limites) sont comparées à celles établies à partir des directives 1998 de l'ICNIRP. Bien que les tests de conformité des produits pour la mise sur le marché des BS soient effectués pour chaque BS individuellement, comme présenté dans la section 4, pour la mise en service (c'est-à-dire la conformité de l'installation du produit), l'exposition totale aux CEM RF de toutes les antennes et technologies (2G, 3G, 4G et 5G) sur un site doit être prise en compte (IEC, 2017). Même si la conformité globale des dimensions des limites pour les installations avec des antennes colocalisées peuvent donc être différentes de celles présentées dans la section 4, les mêmes considérations sont valables. En particulier, un site BS caractérisé par plusieurs antennes qui est conforme à l'ICNIRP 1998 reste conforme lors de l'application de l'ICNIRP 2020. À quelques mètres de la BS, l'effet de l'environnement sur la densité de puissance incidente est faible et les limites de conformité de la BS dérivées dans l'espace libre sont considérées comme précises (IEC, 2017). Pour les évaluations d'exposition aux RF effectuées à de grandes distances de la BS, dans les zones accessibles au grand public et caractérisées par des niveaux d'exposition généralement bien inférieurs à la limite, l'effet des points diffractants et des réflecteurs peut être pertinent. Dans les environnements encombrés, les niveaux de densité de puissance locale peuvent être supérieurs à la moyenne spatiale, en raison des évanouissements des ondes. Étant donné que les niveaux de référence de l'ICNIRP 2020 pour l'exposition locale sont supérieurs à ceux appliqués selon l'ICNIRP 1998, les nouvelles lignes directrices pourraient entraîner un rapport d'exposition plus faible (le rapport entre la mesure d'exposition et la limite d'exposition pertinente) pour ces régions. De futures études complémentaires, basées sur des mesures de l'exposition aux CEM RF directement in situ, pourraient être menées pour vérifier les résultats sur les implications de l'ICNIRP 2020 sur le taux d'exposition total.

Les résultats présentés à la section 4.3 pour les fréquences supérieures à 6 GHz sont dérivés des niveaux de référence. En fait, on ne dispose pas actuellement de mesures consolidées et de méthodes numériques pour les restrictions de base au-dessus de 6 GHz, donc impliquant la densité de puissance absorbée, permettant d'évaluer la conformité des CEM. Un petit nombre d'études initiales, par ex. (Diao et al, 2020) et (Samaras et al., 2021 - voir la publication ci-dessous), ont respectivement proposé des schémas de calcul et une approche expérimentale, mais il n’existe actuellement aucune procédure d’évaluation standardisée de la densité de puissance absorbée. De plus, alors qu'à proximité immédiate d'une antenne BS, la limite de conformité évaluée à l'aide des niveaux de référence inférieurs à 6 GHz peut conduire à des résultats trop prudents; à des fréquences plus élevées, la différence lors de l'utilisation des deux mesures devrait être plus petite. La densité de puissance absorbée localisée est directement liée à la densité de puissance incidente par le coefficient de réflexion de l'objet exposé. Étant donné que les niveaux de référence ICNIRP 2020 supérieurs à 6 GHz sont dérivés de la mise à l'échelle de la restriction de base, en supposant une incidence normale sur un modèle de tissu multicouche, la distance de conformité obtenue à l'aide des deux ensembles de les limites devraient être comparables. Néanmoins, même si les mêmes conclusions tirées de la section 4.3 sur la base des niveaux de référence devraient s'appliquer lors de l'application des restrictions de base, des investigations plus approfondies pourraient être nécessaires.

Le but de ce travail est de montrer que la densité de Puissance surfacique Absorbée dans un fantôme peut être déterminée à partir de mesures sans phase en utilisant les données et les algorithmes permettant de déterminer le Débit d'Absorption Spécifique (DAS) selon les procédures spécifiées dans la norme CEI/IEEE [2020] pour des fréquences jusqu'à 10 GHz. Jusqu'à présent, la corrélation entre la densité de Puissance surfacique incidente et le peak du DAS moyenné spatialement (psDAS) a été étudiée par Anderson et al. [2010], Christ et coll. [2006], et Sasaki et al. [2017] lors de l’évaluation d’une exposition humaine réaliste ou typique. Dans cet article, nous présentons une méthodologie d'évaluation de la densité de Puissance surfacique Absorbée qui peut être utilisée pour tester la conformité des appareils sans fil dans les fantômes dosimétriques à des fréquences d'ondes millimétriques (MMW) supérieures à 6 GHz.

Dans ce travail, nous avons présenté une méthode de mesure sans phase de la densité de Puissance surfacique Peak moyennée spatialement Absorbée, psSab, en utilisant les méthodes existantes de mesure du psDAS, méthodes de mesures qui sont déjà standardisées jusqu'à 10 GHz. Nous proposons un facteur de conversion de 10 kg/m2 pour convertir le psDAS 1 g en psSab 1 cm2 (psSab 1 cm2 = 10 kg/m2 x psDAS 1 g) et un facteur de conversion de          20 kg/m2 pour convertir le psDAS 8 g en psSab 4 cm2 (psSab 4 cm2 = 20 kg/m2 x psDAS 8 g), avec une incertitude supplémentaire inférieure à 0,55 dB (distribution rectangulaire, 13,5 %) pour les distances des appareils en contact avec la coque du fantôme. L’approche est facile à mettre en œuvre avec les systèmes actuels de mesure de la conformité DAS. Il présente en outre l'avantage particulier de prendre en compte de manière inhérente les effets de l'interaction entre l'émetteur et le corps, tels que la rétrodiffusion et les ondes stationnaires. Ignorer ces effets, par exemple en démontrant la conformité en évaluant uniquement le champ incident, peut entraîner une sous-estimation de la puissance absorbée [Christ et al., 2020]. La méthode présentée peut être directement étendue aux fréquences supérieures à 10 GHz, à condition que les sondes pour le DAS et les fantômes appropriés soient disponibles. L'évaluation des effets d'appariement potentiels dus à la coque du fantôme et le développement de procédures d'évaluation appropriées feront l'objet d'une étude ultérieure.