Brevet FR3039282A1 — publié le 20170127

DISPOSITIF POUR LA DOSIMETRIE ELECTROMAGNETIQUE ET METHODE ASSOCIEE. 1. Domaine de l'invention. L'invention se rapporte au domaine de la dosimétrie électromagnétique et plus particulièrement à la mesure des grandeurs 10 dosimétriques électromagnétiques dans et à la surface du corps humain. 2. Etat de l'art. La mise sur le marché de systèmes et dispositifs émettant des 15 ondes électromagnétiques à des puissances d'émission variées requiert d'obtenir un certain nombre de certifications dont certaines visent à garantir aux utilisateurs la conformité de ces dispositifs aux limites d'exposition des utilisateurs. Différentes méthodes et techniques d'évaluation de l'incidence de 20 l'exposition du corps humains aux ondes électromagnétiques existent et varient notamment en fonction de la bande de fréquences utilisée et de la puissance délivrée. Lorsque la fréquence est élevée, le niveau de pénétration des ondes dans les tissus biologiques (humains) diminue. Il devient alors pertinent de s'intéresser plus particulièrement à l'incidence d'un 25 rayonnement électromagnétique donné à la surface des tissus ou au niveau des couches de l'épiderme. Des systèmes de transmissions de données récents opèrent à des fréquences élevées allant jusqu'à plusieurs dizaines de gigahertz. Ces fréquences n'existant pas dans la nature, leurs effets sur les tissus humains demeurent encore peu connus ou peu caractérisés. 30 Les analyses déjà réalisées par le biais des méthodes dosimétriques existantes utilisent classiquement des dispositifs visant à simuler le comportement du corps humain et notamment les capacités d'absorption et de réflexion des tissus. Ces dispositifs sont communément 3039282 2 appelés « phantom » (de l'anglais) ou « fantômes » (en français). Différentes catégories de « phantoms » existent, telles que, par exemple, les « Liquid phantoms », « semi-liquid phantoms» et les « solid phantoms ». Ces dispositifs de laboratoire permettent de simuler différents profils de tissus 5 humains ayant des propriétés diélectriques variées et sont configurés pour permettre des expérimentations dans des gammes de fréquences allant de 30 Mhz à 10 Ghz. Les « liquid phantoms », encore appelés « gel phantoms » sont constitués d'une enveloppe (ou carapace) remplie d'un gel ou d'un liquide ayant des propriétés proches de celles du corps humains. Ils sont généralement utilisés de 30MHz à 10 GHz, mais ne présentent que peu d'intérêt à des fréquences dans le domaine des ondes millimétriques. En effet, le coefficient de pénétration (ou profondeur de pénétration) n'est plus que d'un demi-millimètre environ à 60 GHz. D'autres « phantoms », dit semisolides comprennent de l'eau et sont utiles à des études sur les muscles, le cerveau, la peau, par exemple, mais souffrent d'un problème de longévité lié à un phénomène d'évaporation de l'eau et de la dégradation de leurs propriétés diélectriques qui en résultent. Des « phantoms » solides comprennent des éléments céramiques, graphites ou carbones, ou encore des caoutchoucs synthétiques et sont utilisés principalement pour les études des effets des rayonnements en surface du corps humains. Leurs avantages principaux sont leur fiabilité et la constance de leurs propriétés diélectriques à travers le temps. Malheureusement ces « phantoms » solides ont l'inconvénient d'être onéreux et de requérir des conditions drastiques pour leur fabrication, dont notamment des températures élevées et des pressions importantes. Aucun « phantom » ayant des propriétés électromagnétiques équivalentes à celles du corps humain et exploitable au-dessus de 10GHz, n'existe aujourd'hui. Le document « Solid Phantom for Body-Centric Propagation Measurements at 60 GHz » (IEEE transactions on microwaves theory and techniques, VOL. 62, N°6, june 2014) propose un "phantom" solide sur la base d'un substrat en polydimethylsiloxane (PDMS) métallisé et comprenant de la poudre de carbone noir sur l'un de ses côtés Ce « phantom » est configuré pour simuler le comportement du corps humain en 3039282 3 surface, soumis à des rayonnements dans des gammes de fréquences autour de 60 GHz. Si le phantom décrit dans ce document offre de bonnes capacités de simulation des caractéristiques de réflexion des tissus humains en surface, et notamment de la peau, les mesures sont réalisées à l'aide de 5 capteurs surfaciques, du fait de l'utilisation d'un blindage métallisé sur (ou sous) le substrat. Il est alors aisé d'analyser l'onde réfléchie ou des courants surfaciques mais il reste toutefois difficile de mesurer avec précision l'absorption par les tissus à des fréquences millimétriques sous ou dans l'épiderme. 10 Les solutions existantes présentent des inconvénients. 3. Résumé de l'invention. L'invention permet d'améliorer au moins un des inconvénients de 15 l'état de l'art, en proposant un dispositif adapté à des mesures l'absorption de rayonnements électromagnétiques à des fréquences millimétriques, en simulant les caractéristiques de réflexion et d'absorption des tissus (biologiques) humains par l'utilisation de capteurs positionnées à l'intérieur d'un dispositif « phantom ». 20 A cet effet, il est proposé un dispositif de simulation de caractéristiques de tissus humains pour la dosimétrie électromagnétique, comprenant un substrat portant un blindage comprenant un ou plusieurs matériaux conducteurs, métallisé ou non, et une couche d'un matériau 25 diélectrique disposée sur et/ou sous le substrat, le dispositif comprenant une pluralité d'ouvertures calibrées réalisées dans le blindage et comprenant en outre au moins un réseau de capteurs dans la couche de matériau diélectrique. 30 Selon un mode de réalisation de l'invention, le blindage est métallisé. Selon une variante du mode de réalisation, le blindage est réalisé au moyen d'éléments non métallisés mais susceptibles de former un barrage au ondes électromagnétiques autour de 60 GHz. 3039282 4 Selon un mode de réalisation de l'invention, le substrat est réalisé en polydimethylsiloxane. 5 Selon un mode de réalisation de l'invention, la couche de matériau diélectrique comprend de la poudre de carbone noir. Avantageusement, les ouvertures sont réalisées dans le blindage en forme de fentes, de croix (lignes croisées), carrées, 10 circulaires, ou encore ovales et sont disposées régulièrement dans l'épaisseur du blindage. Selon un mode de réalisation de l'invention, pour chacune des ouvertures du blindage, la plus grande des dimensions de l'ouverture a 15 une valeur comprise entre une fraction la longueur d'onde et plusieurs longueurs d'onde, en fonction de la forme de l'ouverture. Avantageusement, les capteurs comprennent des antennes adaptées à la réception des signaux transmis par la source située de 20 l'autre côté du blindage. L'invention concerne également une méthode de dosimétrie électromagnétique qui comprend : 25 - une émission, de signaux électromagnétiques à une fréquence supérieure à 10 GHz, depuis une source disposée à une distance prédéterminée d'un dispositif de simulation pour la dosimétrie électromagnétique comprenant un substrat portant un blindage métallisé, ce blindage comprenant une pluralité d'ouvertures calibrées, et le dispositif de 30 simulation comprenant une couche d'un matériau diélectrique disposée sur et/ou sous le substrat (S), et, 3039282 5 - une mesure, à partir d'au moins un réseau de capteurs disposés dans ou contre la couche de matériau diélectrique, du côté du substrat opposé à la source. Les capteurs pouvant être disposés avantageusement entre deux 5 couches empilées de matériau diélectrique. Avantageusement, la distance prédéterminée entre la source et le dispositif fantôme est comprise dans un intervalle de valeurs allant de 0 millimètres (contact direct) à 10 cm, ces valeurs limites étant comprises dans l'intervalle. 10 4. Liste des figures. L'invention sera mieux comprise, et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la 15 description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : - La figure 1 représente un dispositif de simulation configuré pour la dosimétrie électromagnétique selon l'art antérieur. 20 La figure 2 représente un dispositif de simulation configuré pour la dosimétrie électromagnétique à des fréquences supérieures à 10 GHz (60 GHz, par exemple) selon un mode de réalisation particulier et non limitatif de l'invention. 25 5. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention. Sur les figures 1 et 2, les modules représentés sont des unités 30 fonctionnelles, qui correspondent ou non à des unités physiquement distinguables. Par exemple, ces modules ou certains d'entre eux sont 303 92 82 6 regroupés dans un unique composant. A contrario, selon d'autres modes de réalisation, certains modules sont composés d'entités physiques séparées. La figure 1 représente un dispositif A de simulation de 5 caractéristiques de tissus humains configuré pour la dosimétrie électromagnétique selon l'art antérieur. Le dispositif A comprend une couche de matériau diélectrique DL à base d'eau ou de gel (polymère par exemple) et qui comprend un réseau SA de capteurs SENS dans la couche DL. 10 Le dispositif de la figure 1 permet d'évaluer numériquement l'action sur le corps humain d'une ou plusieurs antennes émettant un signal autour dans une bande de fréquence autour de 6 GHz (jusqu'à 10 GHz) à proximité de celui-ci. Les propriétés diélectriques du dispositif fantôme sont équivalentes à celles des tissus humains autour de 6GHz. 15 La figure 2 représente un dispositif de simulation configuré pour la dosimétrie électromagnétique selon un mode de réalisation particulier et non limitatif de l'invention et à des fréquences supérieures à 10 GHz et typiquement autour de 60 GHz. 20 Astucieusement le substrat S porte un blindage MSH comprenant des ouvertures (ou ouïes) calibrées OSH et qui apportent avantageusement une perméabilité (ou « transparence ») électromagnétique de la partie supérieur du fantôme A qui participe à la simulation des caractéristiques de 25 réflexion et d'absorption de tissus humains, et notamment l'épiderme, le derme et des tissus adipeux situés sous le derme, à des fréquences autour de 60 GHz. A ces fréquences (en bande millimétrique), l'absorption du rayonnement est limitée aux couches superficielles du corps : à 60 GHz la 30 profondeur de pénétration du rayonnement électromagnétique dans les tissus est de l'ordre de 0,5 mm ; l'absorption est donc essentiellement concentrée dans la peau. L'épiderme absorbe environ 30% de la puissance et le derme en absorbe environ 69% et le reste est absorbé par des tissus adipeux. Malheureusement, ce type de fantôme se dégrade dans le temps, 3039282 7 du fait notamment d'un phénomène d'évaporation dans la couche de matériaux diélectrique DL. Avantageusement, la méthode de mesure qui utilise la fantôme A 5 de la figure 2 comprend une étape d'émission de signaux électromagnétiques à une fréquence supérieure à 6 GHz, depuis la source EMS disposée à une distance prédéterminée dl du dispositif A pour la dosimétrie électromagnétique comprenant le substrat S portant le blindage MSH métallisé, le blindage MSH comprenant un pluralité d'ouvertures OSH 10 calibrées, et le dispositif A comprenant la couche DL d'un matériau diélectrique disposée sous le substrat S. La méthode comprend aussi et surtout une mesure, à partir d'au moins un réseau SA de capteurs SENS comprenant chacun une ou plusieurs antennes et disposés dans la couche DL de matériau diélectrique, du côté du 15 substrat S opposé à la source EMS. Avantageusement, ceci est rendu possible du fait de la réalisation des ouvertures calibrées OSH dans le blindage métallisé MSH, disposé le long du substrat S du dispositif A. 20 Le substrat S du dispositif A est réalisé en polydimethylsiloxane, par exemple, et le matériau diélectrique de la couche DL comprend de la poudre de carbone noir. Les ouvertures OSH sont réalisées en forme de fentes, ou 25 carrées, circulaires, ou encore ovales et sont disposées régulièrement dans l'épaisseur du blindage MSH afin d'amener une transparence relative au rayonnement électromagnétique de la source EMS utilisée. Selon la méthode, la distance prédéterminée dl est comprise entre 0 et 10 cm, soit possiblement en contact direct avec le fantôme A. 30 L'ensemble des détails des opérations techniques de définition des signaux émis et d'analyse des signaux prélevés par le réseau (ou les réseaux) de capteurs n'est pas détaillé plus encore ici, car bien connus de 3039282 8 l'homme du métier et décrit dans la publication « Solid Phantom for BodyCentric Propagation Measurements at 60 GHz » précitée. En outre, ce document décrit également l'ensemble des caractéristiques et propriétés physiques d'un fantôme comprenant un 5 substrat sur ou sous lequel est disposé un blindage métallique uniforme. En particulier, cela permet l'obtention d'un coefficient de réflexion similaire à celui des tissus humains tout en offrant la possibilité d'utiliser une couche diélectrique avec un niveau de pertes moindre. 10 Selon une variante du mode de réalisation de l'invention, une couche de matériau diélectrique DL' peut être disposée à la surface du substrat S. Le matériau diélectrique de cette couche DL peut être identique à celui de la couche DL, ou encore différent. 15 Avantageusement, le substrat S et la couche de matériau diélectrique DL peuvent être de forme plane ou de forme quelconque, pour simuler tout ou partie du corps humain, par exemple. Ceci s'applique de la même façon pour le blindage. 20 Selon une variante du mode de réalisation de l'invention, un réseau de capteurs SENS similaire au réseau de capteurs SA est placé dans le substrat blindé métallisé, en plus du réseau situé dans la couche de matériaux diélectrique DL. 25 Avantageusement, cela permet d'avoir une meilleure appréciation des ondes absorbées à différentes profondeurs du fantôme et donc à différentes profondeur des tissus biologiques humains et notamment de l'épiderme, du derme et de tissus adipeux situé sous le derme. 30 Selon une autre variante, plusieurs couches de matériaux diélectriques similaire à DL, ayant chacune une permittivité différentes sont empilées et comprennent un ou plusieurs réseaux de capteurs afin d'évaluer l'absorption du rayonnement électromagnétique à différentes profondeurs de l'épiderme et du derme. 3039282 9 L'invention ne se limite pas au seul mode de réalisation décrit ci-avant mais concerne bien évidemment tout dispositif de simulation de caractéristiques de réflexion et d'absorption du corps humain pour la 5 dosimétrie électromagnétique, comprenant un substrat portant un blindage, métallisé ou non, et une couche d'un matériau diélectrique disposée sur et/ou sous ce substrat, et pour lequel le blindage comprend une pluralité d'ouvertures calibrées ; le dispositif comprenant au moins un réseau de capteurs positionnés dans la couche de matériau diélectrique. L'invention 10 concerne également toute méthode mettant en oeuvre un dispositif tel que décrit dans les lignes ci-avant. REVENDICATIONS1. Dispositif (A) pour la dosimétrie électromagnétique, comprenant un substrat (S) portant un blindage (MSH) et une couche (DL) d'un matériau diélectrique disposée sur et/ou sous ledit substrat (S), ledit dispositif (A) étant caractérisé en ce que une pluralité d'ouvertures (OSH) calibrées sont réalisées dans ledit blindage (MSH) et en ce qu'il comprend en outre au moins un réseau (SA) de capteurs (SENS) dans ladite couche (DL) de matériau diélectrique. 2. Dispositif (A) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat (S) est réalisé en polydimethylsiloxane. 3. Dispositif (A) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites ouvertures (OSH) dans le blindage sont réalisées en forme de fentes, ou carrées, circulaires, ou encore ovales et sont disposées régulièrement dans l'épaisseur dudit blindage. 4. Dispositif (A) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plus grande des dimensions desdites ouvertures (OSH) a une valeur comprise entre une fraction de la longueur d'onde et une dizaine de longueurs d'onde. 5. Dispositif (A) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits capteurs (SENS) comprennent des antennes. 6. Méthode de dosimétrie électromagnétique caractérisée en ce qu'elle comprend : une émission, de signaux électromagnétiques à une fréquence supérieure à 6 GHz, depuis une source (EMS) disposée à une distance prédéterminée (dl) d'un dispositif (A) pour la dosimétrie électromagnétique comprenant un substrat (S) portant un blindage (MSH), ledit blindage (MSH) comprenant une pluralité d'ouvertures (OSH) calibrées, et ledit dispositif (A) comprenant une couche (DL) 3039282 11 d'un matériau diélectrique disposée sur et/ou sous ledit substrat (S), une mesure, à partir d'au moins un réseau (SA) de capteurs (SENS) disposés dans ou contre ladite couche (DL) de matériau 5 diélectrique, du côté dudit substrat (S) opposé à ladite source (EMS). 7 Méthode selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite distance (dl) prédéterminée, entre ladite source (EMS) est ledit dispositif (A), est comprise dans un intervalle de valeurs allant de 0 10 millimètre à 10 centimètres, ces valeurs limites étant comprises dans l'intervalle. 15