Site institutionnel du Laboratoire Ampère - CNRS UMR5005

Laurent BERNARD soutiendra sa thèse le 20 septembre 2007, 13h30, à l’Ecole Centrale de Lyon (amphi 201).

Titre de la thèse : Caractérisation électrique des tissus biologiques et calcul des phénomènes induits dans le corps humain par des champs électromagnétiques de fréquence inférieure au GHz.

Spécialité : Génie électrique

Résumé :
Ce travail de thèse s’inscrit dans une démarche visant à évaluer et améliorer les performances des moyens existants pour l’étude des interactions entre les champs électromagnétiques et le corps humain. Ces moyens sont les méthodes de caractérisation des propriétés électriques macroscopiques des milieux biologiques, et les méthodes numériques permettant de modéliser et de calculer les champs induits par des sources de rayonnements électromagnétiques dans le corps humain.
Une brève description des milieux biologiques permet d’abord de souligner les difficultés liées à leur caractérisation électrique. Les différentes méthodes de caractérisation existantes sont présentées en mettant en valeur leurs particularités dans les domaines fréquentiels où elles s’appliquent. Les valeurs de permittivité et de conductivité données dans la littérature sont présentées pour montrer leurs spécificités et le manque de connaissance sur leur précision. Une méthode de caractérisation classique par mesure d’impédance à 4 électrodes est ensuite étudiée en détail entre 10Hz et 10MHz. Le système de mesure réalisé est testé sur des solutions ioniques pour en établir des modèles complets prenant en compte les éléments pouvant affecter la précision des résultats. Ces modèles sont utilisés pour estimer l’erreur de mesure et pour optimiser la méthode de caractérisation à 10Hz et 10MHz.
Les différentes méthodes numériques permettant la modélisation des problèmes de calcul de champs induits dans le corps humain sont ensuite présentées. Les difficultés de la modélisation de l’exposition de l’homme aux champs électromagnétiques sont explicitées. Elles sont dues aux propriétés électriques et géométriques particulières du corps et à la diversité des sources de rayonnement. Les différentes formulations et conditions aux frontières du domaine de calcul spécifiquement applicables au problème sont détaillées. En utilisant la méthode des éléments finis et en supposant les propriétés électriques du corps connues, différents modèles (maillage, formulation, conditions aux frontières) sont enfin étudiés. Leurs performances sont évaluées sur des problèmes canoniques 2D et 3D représentatifs. Les résultats permettent d’évaluer l’erreur sur calcul des phénomènes induits et de faciliter le choix d’une modélisation adaptée sur la gamme de fréquence 10Hz-1GHz.
Le travail proposé vise principalement à donner des arguments pour justifier de la pertinence des résultats des études de l’interaction champs électromagnétiques/corps humain. Il peut aussi trouver des applications directes dans la caractérisation précise des milieux biologiques et dans l’établissement de nouvelles normes sur l’exposition des hommes aux champs électromagnétiques.