Brevet FR2849741A1 — publié le 20040709

La présente invention est relative à un dispositif de protection d'êtres vivants contre des radiations électromagnétiques. Après une description de la finalité d'un tel 5 dispositif, les principes électromagnétiques sous-jacents et les dispositifs existants sont rappelés, permettant ensuite d'aborder la description du dispositif et un exemple de réalisation. Finalité de l'invention Des émissions électromagnétiques de fréquences allant de quelques dizaines de mégahertz (MHz) à plusieurs gigahertz (GHz) sont de nos jours de plus en plus utilisées à proximité des lieux d'habitation. Il s'agit par exemple de distribuer 15 des émissions de télévision, de radio, d'assurer un service de téléphonie mobile, ou d'autres liaisons à but professionnel. Un point commun à ces émissions est en général leur chronicité. Elles ont en effet lieu de jour comme de nuit 20 avec en général des intensités qui restent élevées la nuit, et sont permanentes par la continuité du service ou par le protocole de communication qui conduit à émettre même en l'absence d'échange dans le cas de la téléphonie mobile. Le sommeil assure un ensemble de fonctions 25 réparatrices ou régénératrices pour tout être vivant évolué. En particulier, certaines hormones comme la mélatonine qui ont une fonction importante pour les défenses immunitaires seraient sécrétées la nuit. Le cycle de sécrétion des hormones de croissance serait lié aux cycles diurne30 nocturnes. Indépendamment du mécanisme exact, il se pourrait que le cycle de certaines hormones soit perturbé par l'exposition permanente, et en particulier nocturne à des radiations électromagnétiques, même pour des intensités largement sous 35 les seuils des effets thermiques aujourd'hui retenus pour établir les normes actuelles. Par précaution, certaines personnes souhaiteront s'isoler de ces radiations, au minimum la nuit, voire la journée quand cela est possible. La présente invention propose un dispositif permettant de fournir une telle isolation pour des êtres vivants, et des êtres humains en particulier. Une atténuation de par exemple au moins vingt décibels entre l'extérieur et l'intérieur du dispositif pour les fréquences situées entre 10 MHz et 20 GHz permet à l'occupant du dispositif de réduire sensiblement son niveau d'exposition, à des émetteurs de télévision (100 à 800 MHz), 10 de radio (88 à 108 MHz) ou de téléphonie mobile (900 et 1800 MHz) par exemple. Il est conçu pour s'insérer dans nos habitations en ne demandant pas de modification de la structure des habitations tel qu'un blindage exhaustif des murs, plafonds et sols. Le même dispositif pourra être 15 utilisé pour des animaux domestiques, ou d'élevage, par exemple, après adaptation éventuelle des dimensions. Il permet de réduire les expositions pour les riverains d'émetteurs sans remettre fondamentalement en question les niveaux de puissance émis, permettant ainsi aux exploitants 20 de ces émetteurs de poursuivre leur activité en assurant une même qualité de service pour les utilisateurs. (Une réduction significative de la puissance émise conduit à réduire les zones couvertes et donc la qualité du service.) Principe utilisé et dispositifs existants: Le dispositif utilise le principe d'électromagnétisme connu selon lequel un conducteur génère un champ électromagnétique qui s'oppose au champ incident, et annule celui-ci à proximité du conducteur en aval de la source. Par 30 ailleurs, le même principe appliqué à un ensemble de conducteurs délimitant une enceinte fermée permet d'annuler tout champ électromagnétique en son sein. Dans la pratique, les champs électriques statiques ou variables et les champs magnétiques rapidement variables seront annulés seulement si 35 les moyens de l'enceinte sont suffisamment conducteurs et suffisamment raccordés entre eux pour éviter des fuites de champs ou des diffractions par les zones de discontinuité. Les champs magnétiques statiques ne sont pas annulés si les moyens sont seulement conducteurs (et non supraconducteurs ou ferromagnétiques), mais la présente invention ne prétend pas annuler les champs magnétiques statiques (dits aussi continus) ou lentement variables (par exemple 50 Hz) . La présente invention propose un dispositif permettant une mise en pratique de ce principe, connu aussi sous le nom de "cage de Faraday", en conservant un accès aisé à l'intérieur de l'enceinte constituée par le dispositif lui10 même. Une difficulté vient du fait que l'accès à l'enceinte suppose des passages potentiellement générateurs de fuites car les raccordements électriques doivent être temporaires pour ces ouvertures. Les champs électromagnétiques variables auront 15 tendance à être diffractés dans l'enceinte par ces zones imparfaites de raccordement, l'amplitude du champ diffracté dépendant de la longueur de l'onde, de la dimension des ouvertures. En particulier, les dimensions de l'enceinte de l'ordre de un mètre cinquante à deux mètres pourront 20 favoriser une résonance de certains panneaux non complètement raccordés, ou de la cavité elle-même. Un panneau de un mètre cinquante (1 m 50) non raccordé à deux extrémités opposées sera en résonance demi-onde par rapport à une onde de longueur d'environ trois mètres (3 m) soit environ 100 MHz, 25 correspondant à un émetteur radio FM. Il en résultera un champ électrique autour du panneau à l'intérieur de la cavité, contraire au but recherché. La présente invention propose un dispositif facilitant l'accès à l'intérieur de l'enceinte, tout en 30 assurant un raccordement électrique correct aux autres faces et donc une isolation par rapport à l'extérieur, de façon économique, en autorisant un dispositif globalement léger, démontable, facilement transportable. Les dispositifs les plus proches du dispositif proposé sont généralement conçus 35 pour réaliser des mesures électromagnétiques (de laboratoire) dans un environnement isolé de l'extérieur (donc de référence), sont peu ou pas démontables, et utilisent généralement des matériaux assez épais et lourds. L'accès à ces enceintes se fait habituellement par des portes rigides sur charnière. Le dispositif proposé permet de s'affranchir d'utiliser des portes sur charnières ou sur rails, réduisant 5 ainsi l'espace nécessaire au dispositif (débattement des portes sur charnières), et la complexité mécanique (portes coulissantes rigides avec des joints électromagnétiques) , et améliore la facilité d'utilisation (absence de portes à ouvrir et à fermer). Des moyens de contacts avec des parties 10 mobiles ou amovibles existent déjà pour fermer les équipements électroniques, sous forme de ressorts métalliques par exemple, mais ils demandent en général un contact mécanique relativement précis et fort pour être efficients. Le dispositif proposé permet de s'en affranchir, et 15 d'utiliser un matériau à très faible cot pour l'ensemble des moyens de blindage et des joints, et déjà très répandu dans l'industrie de l'emballage d'aliments (feuille multicouche plastique et aluminium). Description des figures La figure 1 fournit une vue d'ensemble du dispositif, en perspective. La face avant (repères 1, 2, 5a, 5b, 5c) contient une partie mobile (5) composée des sous-éléments (5a, 5b, 5c) et référencée directement par ces sous-éléments. 25 Les deux autres faces visibles (une face latérale et face supérieure) sont composées d'éléments fixes (repères 3 et 4). La face opposée à la face avant peut être identique à celleci, ou similaire aux faces latérales. Le cas échéant, la ou les face(s) latérale(s) (3) pourrai(en)t aussi être constituée(s) comme la face avant. La figure 2 est une coupe selon le plan (P_V) représenté sur la figure 1. La figure 3 est un grossissement de la partie haute de la figure 2. La figure 4 est un grossissement de la partie basse de la figure 2. La figure 5 est une coupe selon le plan (P_H) représenté 35 sur la figure 1. Les autres repères sont explicités dans la suite du texte. Description de l'invention La présente invention se compose d'un ensemble de moyens de blindages à poser autour, au dessus et au dessous d'un lit. Elle pourra aussi s'installer autour d'un bureau, d'un fauteuil, ou d'une manière générale à l'intérieur de 5 n'importe quelle pièce d'un bâtiment dans un lieu o l'on souhaite réduire le niveau de radiations électromagnétiques. Le dispositif aura par exemple les dimensions intérieures suivantes, afin de recevoir un lit de dimensions standards (1 mètre 40 x 1 mètre 90) : une largeur intérieure 10 de un mètre soixante cinq (1 m 65), une longueur intérieure de deux mètres dix (2 m 10), une hauteur de deux mètres (2 m). Il est par exemple composé de pièces de bois disposées verticalement aux quatre coins, et reliées entre 15 elles par plusieurs planches horizontales au sommet de l'édifice, et le cas échéant reliées au sol afin d'assurer une plus grande rigidité à l'ensemble. Il pourra aussi se composer (Figure 1) de panneaux de bois (1 et 2) assemblés entre eux et à plusieurs cadres de bois (3 et 4), l'ensemble 20 formant une ossature rigide. Chaque cadre peut lui même être l'assemblage de plusieurs sous-cadres, par exemple deux, afin faciliter le transport du dispositif désassemblé en en réduisant les dimensions hors tout. Le bois peut éventuellement être remplacé par un autre matériau. Cette ossature sert à recevoir un ensemble de moyens fournissant un blindage électromagnétique. Le cas échéant, elle pourra être décorée par des tissus superposés aux moyens de blindage. Ces moyens de blindage seront au choix des panneaux 30 métalliques, des tissus métalliques, des grillages métalliques, des panneaux de matière plastique métallisée, des composites de feuilles plastiques et/ou textiles avec des feuilles métalliques, des tissus textiles composés pour partie de fibres métalliques, ou de fibres absorbantes ou 35 réfléchissantes à base de polymères chargés d'absorbants ou métallisés, ou de fils métalliques, ou encore des panneaux de matériaux polymères chargés d'absorbants entre les fréquences MHz et 20 GHz par exemple. De préférence, certains de ces moyens sont perforés afin de laisser passer l'air pour fournir une ventilation, quand ce n'est pas le cas naturellement (grillage ou tissu par exemple). La plus grande 5 dimension des trous doit rester de préférence inférieure à un dixième de la plus petite des longueurs d'onde, ou le quart à l'extrême limite, par exemple trois millimètres (3 mm) pour 10 GHz pour ne pas modifier le pouvoir d'atténuation du blindage. La densité des trous doit laisser suffisamment de 10 conduction électrique et de résistance mécanique, par exemple un pas de six millimètres (6 mm) ou plus, soit vingt pourcent (20%) de conduction électrique en moins, ce qui est négligeable compte-tenu des conductivités élevées possibles avec un matériau à base de métal. La forme des trous est sans 15 importance pourvu que la plus grande des dimensions n'excède pas les dimensions précédemment définies. On notera que ces moyens peuvent garder une souplesse compatible avec l'enroulement sur un cylindre, voire le pliage en plusieurs bandes, si l'épaisseur du matériau est 20 faible, par exemple de quelques dixièmes de millimètre (on parlera d'ailleurs de feuille), ou si le diamètre du fil est faible, par exemple deux dixièmes de millimètres ou moins (tissus métallique et grillage). De bons résultats ont été obtenus avec une feuille bi-couche aluminium-plastique 25 d'épaisseur totale un dixième de millimètres (0,1 mm) . Le plastique est repéré par (19) et l'aluminium par (20). Ce matériau est suffisamment fin pour être souple et le plastique protège la couche d'aluminium des déchirures. L'aluminium, d'épaisseur environ trente micron (30 pn), 30 assure une conduction largement suffisante, de mille cent siemens par carré (1100 S/carré). Une isolation d'au moins vingt décibels a été obtenue à cent mégahertz, neuf cents mégahertz, mille huit cents mégahertz en utilisant ce matériau. Ainsi certaines faces verticales du dispositif sont constituées d'un matériau souple disposé sous forme de rideau (5a, 5b, 5c) . Afin de faciliter l'accès, ce rideau pourra être accroché à un enrouleur (6) situé à son extrémité haute, permettant une ouverture au moins partielle de la face correspondante (face avant, et éventuellement face arrière 5 non visible sur la figure 1). Cet enrouleur est un cylindre tournant autour d'un axe horizontal, lequel axe passe dans les cadres latéraux (3). Une ficelle solidaire d'une poulie, elle- même coaxiale et solidaire du cylindre permet l'entraînement de l'enrouleur. Le rideau (5) peut aussi 10 coulisser sur un rail horizontal situé en haut. Ce second mode d'ouverture est moins recommandé car il conduit généralement à plisser le rideau et potentiellement à endommager le matériau conducteur par pliage, sauf si un dispositif enrouleur similaire à (6) est par exemple situé 15 latéralement de chaque côté des rideaux (5a) et (5c) dans l'exemple de réalisation exposé, on si l'élément (5b) est monté sur un rail, ou si le rail se prolonge sur une face latérale. L'enrouleur (6) tel qu'il est présenté sur la figure 2 a l'avantage d'ouvrir complètement une face du 20 dispositif, assez simplement. Ce rideau pourra être constitué de plusieurs sous éléments (5a, 5b, 5c) superposés verticalement sur une dizaine à une quarantaine de centimètres ou préférablement davantage. Un accès est ainsi possible en écartant les éléments sans soulever l'ensemble du 25 rideau (en soulevant juste la partie (5b)), et sans frottement au niveau des zones latérales de raccordement (8) exposées au paragraphe suivant, qui restent ainsi en place. L'ensemble se repositionne donc automatiquement sans intervention. La présente invention permet de se dispenser d'éléments rapportés (hétérogènes) pour réaliser les joints électromagnétiques. Afin de maintenir un raccordement électrique avec les autres faces, des zones de recouvrement sont faites à chaque extrémité latérale (8), et sur la partie 35 verticale haute (7) et/ou basse (9). Dans le cas o une des faces du matériau n'est pas isolée, ce qui est le cas de la face (20) du bi-couche aluminium-plastique de l'exemple de réalisation, cette face est maintenue au contact de la partie fixe en recouvrement, assurant ainsi une conduction électrique. Une feuille bi-couche aluminium-plastique (14h) et (141) qui peut provenir du même matériau que celui qui 5 réalise le rideau (5) ou les blindages fixes des autres faces (18) est par exemple agrafée (16) aux panneaux de bois de la face avant comme sur les figures 2, 3 et 5. La feuille métallique (20) est disposée du côté intérieur au dispositif afin de fournir un contact avec le rideau (5) et les autres 10 faces. L'incurvation de la feuille (14h) ou (141) lui confère une élasticité perpendiculairement à sa surface, qui permet de la maintenir écartée des panneaux (1) et (2) tout en assurant un contact avec le rideau (5). Elle pourra ainsi appliquer un contact sur les parties mobiles, avec une 15 tolérance de positionnement importante. Une baguette de mousse souple (22) peut améliorer l'élasticité de la feuille (14h) ou (141), mais n'est pas indispensable. Un autre exemple de contact réalisé entre deux feuilles conductrices tendues à jeu nul par construction est fourni entre les 20 éléments (5a) et (5b) du rideau. Pour améliorer le couplage capacitif par un contact électrique direct, un pliage (17) est effectué sur le bord de (5b) (et agrafé (16)) afin de ramener la face conductrice (20) de (5b) vers celle de (5a), tout en maintenant possible le contact électrique de (5b) 25 avec (14h) et (13) par une orientation de la face métallique (20) vers l'extérieur. Un contact statique (11) est fait entre (14) et les autres faces (18) vissées (15) par l'intermédiaire de leur cadre (3) ou (4) . Dans le cas o le matériau est isolé en 30 surface, un raccordement reste possible par couplage capacitif à travers la surface isolante. Les zones de recouvrement doivent alors être de dimensions supérieures pour les parties mobiles (7, 8, 9), par exemple de dix centimètres ou plus en largeur, au lieu de quelques 35 millimètres afin de compenser la plus forte impédance d'un tel contact. Pour les contacts fixes (11), on pourra éventuellement se contenter d'une largeur plus faible si l'assemblage est soigné et évite une interface d'air. Une valeur limite basse pour ce couplage peut être cent picofarad par mètre (100 pF/m). Cela correspond à un contact d'environ neuf millimètres de large (9 mm) par un mètre (lm) de long, 5 sur une épaisseur d'air de un millimètre (1mm). Cela correspond à une impédance imaginaire de 53 ohms (-j 53 ohms) pour un joint de longueur un dixième de longueur d'onde, et contribue à perturber significativement le circuit ouvert présent naturellement en l'absence de joint (impédance 10 équivalente de plusieurs centaines à quelques milliers d'ohms à l'extrémité électriquement ouverte d'un élément résonant) donc à diminuer le champ rayonné par ce circuit ouvert. Des valeurs de couplage bien supérieures sont cependant recommandées pour apparenter le couplage capacitif à un 15 court-circuit idéal (une fraction d'ohm ou moins), et conduisent à laisser au moins cinq centimètres en recouvrement, sachant aussi que l'épaisseur effective de couplage est bien inférieure au millimètre quand les feuilles sont directement au contact, sans air. De même, on pourra 20 éventuellement ne pas raccorder toute la périphérie du rideau (5) ou de ses sous-éléments (5a, 5b, 5c) bien que cela soit préférable, mais il est vivement recommandé de raccorder au moins une extrémité pour éviter de laisser subsister une différence de potentiel entre le rideau (5) et le reste de la 25 structure. Le raccordement pourra le cas échéant être discontinu avec des ouvertures, sachant qu'une ouverture de moins du dixième de la longueur d'onde (un quart au strict minimum) est approximativement neutre car équipotentielle. En revanche, une ouverture réduit d'autant l'impédance 30 équivalente (série) du couplage qui peut devenir critique si l'impédance linéique du couplage est faible (par exemple 100 pF/m si il est capacitif). Afin de maintenir les différentes feuilles en 35 contact, chaque élément du rideau est maintenu tendu au moins par son propre poids, complété par un lest situé en bas (12) à l'intérieur de l'enceinte pour (5a) et (5c) et à l'extérieur pour (5b), et/ou par un système de tendeur par élastique ou fil à chaque extrémité du rideau (21), au moyen par exemple d'un élastique accrochant le coin des éléments (5a) et (5c), passant par une poulie accrochée au bas de chaque cadre latéral (3) et remontant le long de ces cadres. La face supérieure, ainsi que les faces latérales fixes du dispositif sont préférablement fermées par un panneau (18) pouvant être fait du même matériau que le ou les rideaux (5), ou bien d'un autre matériau tel que du grillage 10 métallique, par exemple. Ce matériau peut être maintenu tendu par le biais de cadres qui forment aussi l'ossature de l'ensemble (3 et 4). Dans tous les cas, un contact électrique ou un contact capacitif est requis avec les moyens (14) assurant le couplage avec les autres panneaux mobiles (8) ou 15 fixes (11) afin d'assurer une isolation efficace sur la plus large bande de fréquence possible, par exemple en particulier autour de 100 MHz o des résonances peuvent apparaître. La face inférieure du dispositif (13) est préférablement fermée par un panneau pouvant être fait du 20 même matériau, ou bien d'un autre matériau tel que du grillage métallique, par exemple. Elle est par exemple réalisée par une feuille bi-couche métal-plastique cousue ou agrafée à un feutre épais pour maintenir l'ensemble tendu et plat. Un contact électrique ou un couplage capacitif est 25 requis avec les panneaux fixes (10), et préférablement avec les panneaux mobiles (9). Ces moyens de blindage pourront recevoir en juxtaposition des ornements tels que des rideaux en tissus et des parures afin d'améliorer l'esthétique de l'ensemble et de 30 dissimuler certains éléments tels que les cadres (3) et (4). Les panneaux (1) et (2) pourront recevoir des motifs ou des sculptures et les bords de ces panneaux pourront être galbés. Dans le cas d'utilisation d'un bi-couche aluminium-plastique, la feuille plastique peut être décorée par impression de 35 motifs. La face aluminium peut être décorée également par une feuille plastique imprimée ou par du tissu en dehors des zones de contact (ou partout avec des contacts capacitifs). REVENDICATIONS 1. Ensemble de moyens de blindages électromagnétiques délimitant une enceinte de niveau d'énergie électromagnétique réduit par rapport à l'extérieur du dispositif, assemblés selon plusieurs faces, caractérisés en ce que: - ce dispositif est dimensionné pour recevoir un plusieurs êtres vivants tels qu'un être humain ou un animal et lui/leur 10 offrir une protection électromagnétique, - et en ce que ces moyens de blindage sont constitués de matériaux offrant une conduction électrique et donc un pouvoir réflecteur, ou au minimum une absorption d'une onde électromagnétique de fréquence située entre 10 mégahertz et 15 20 gigahertz et sont assemblés par l'intermédiaire d'une ossature (1, 2, 3, 4) fournissant la rigidité de l'ensemble et servant de support aux moyens de blindage (13, 14, 18), - et en ce que certaines des faces verticales sont constituées d'un matériau souple tendu au minimum par son 20 propre poids, éventuellement par un lest (12) et/ou par un système tendeur (21) et déformable de manière compatible à laisser un accès à l'enceinte, ayant également des propriétés de réflexion ou au minimum d'absorption, constituant ainsi un rideau (5). Des zones de recouvrement ou de contact 25 électrique sont aménagées autour de ce rideau (7, 8, 9) avec des surfaces conductrices (141, 14h) qui sont elles- mêmes électriquement reliées aux autres faces du dispositif (11), ou au minimum en recouvrement capacitif avec ces autres faces. Ces zones de recouvrement capacitif ou de contact 30 électrique sont aménagées au minimum sur une partie de chaque rideau (5). Ces zones de recouvrement ou de contact peuvent être discontinues, avec des ouvertures de dimensions petites en regard de la longueur d'onde à atténuer, ne dépassant pas le quart de la plus petite de ces longueurs d'onde. En 35 l'absence de contact électrique, ces zones de recouvrement constituent un couplage capacitif d'au moins cent picofarad par mètre (100 pF/m). La distance des deux surfaces au niveau de ces zones de recouvrement est soit nulle par absence de jeu entre surfaces plates tendues (5a à 5b), soit annulée par une incurvation d'une ou des deux surfaces (14h, 141) lui conférant une élasticité perpendiculairement à cette surface 5 (7). Une bande de mousse (22) peut venir en complément d'élasticité. Les faces fixes du dispositif sont également en contact entre elles (10, 11). 2. Ensemble de blindages électromagnétiques au sens de la revendication 1 caractérisés en ce que certains des rideaux (5) sont constitués plusieurs éléments (5a, 5b, 5c par exemple) en recouvrement partiel entre eux et en contact électrique ou en contact capacitif sur ces zones de recouvrement. Ces zones de recouvrement ou de contact peuvent 15 être discontinues, avec des ouvertures de dimensions petites en regard de la longueur d'onde à atténuer, ne dépassant pas le quart de la plus petite de ces longueurs d'onde. 3. Ensemble de blindages électromagnétiques au sens de la revendication 1 ou 2 caractérisés en ce qu'un ou plusieurs rideau(x) est ou sont relié(s) à un cylindre horizontal (6) permettant de le lever en l'enroulant par la rotation du cylindre correspondant. 4. Ensemble de blindages électromagnétiques au sens de l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisés en ce qu'un ou plusieurs rideaux peuvent coulisser horizontalement sur un rail qui le(s) suspend. 5. Ensemble de blindages électromagnétiques au sens de la revendication 4 et caractérisés en ce qu'un ou plusieurs rideaux sont reliés à au moins un cylindre vertical permettant d'enrouler le rideau par la rotation de ce cylindre. 6. Ensemble de blindages électromagnétiques au sens de l'une quelconque des revendications précédentes caractérisés en ce qu'ils sont constitués de feuilles métalliques, tissus métalliques, grillages métalliques, matière plastique métallisée, d'une ou plusieurs feuille(s) métallique(s) solidaire(s) d'une ou plusieurs feuille(s) plastique(s) et/ou de tissus. 7. Ensemble de blindages électromagnétiques au sens de l'une quelconque des revendications précédentes caractérisés en ce qu'ils sont constitués de matériaux polymères chargés 10 d'absorbants dans les gammes dix mégahertz (10 MHz) à vingt gigahertz (20 GHz) ou de fibres polymères métallisées en surface. 8. Ensemble de blindages électromagnétiques au sens de l'une 15 quelconque des revendications précédentes caractérisés en ce qu'ils sont constitués de tissus comportant des fibres textiles et fibres métalliques ou polymères chargées d'absorbants ou métallisées. 9. Ensemble de blindages électromagnétiques au sens de l'une quelconque des revendications précédentes caractérisés en ce que certaines faces comportent une multitude de trous de forme quelconque et de faibles dimensions en regard des longueurs d'ondes à atténuer, au maximum de plus grande dimension inférieure au quart de la plus petite de ces longueurs d'onde.