Analyse de situations standards et extrêmes

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1 c h a p i t r e 6 Analyse de situations standards et extrêmes Les situations standards ont été choisies parmi les sites dont la configuration ne crée pas en général d interrogations dans le public : les infrastructures de l émetteur et les antennes sont acceptées et intégrées à l environnement. A l inverse, les situations appelées extrêmes correspondent à des sites dont la configuration des émetteurs a fait l objet de controverses, soit qu ils aient été proches d habitations, soit que le nombre d émetteurs apparents ait été important. L objectif de ce chapitre est de donner quelques valeurs caractéristiques à des situations que le public est susceptible de rencontrer dans son environnement. Le service GSM en milieu rural Tilt Le cas exposé ici apparaît comme une configuration type pour un émetteur GSM installé dans une zone de faible densité de population. Le système d émission est placé sur un pylône de 45 m et composé d antennes panneau classiques. Les points de mesure étaient localisés conformément à la Figure 1 C 0,13 V/m à 800 m 0,05 V/m à 55 m A Hauteur de l émetteur = 45 m B Figure 1 0,12 V/m à 185 m Le seul émetteur visible à proximité des points de mesures était le pylône supportant les antennes GSM. Le relevé des mesures réalisées sur toutes les émissions GSM significatives (dont le niveau est supérieur au millième de la valeur limite fixée par la Recommandation européenne) est le suivant : du point (en MHz) Service efficace moyen (en V/m) mesuré par rapport de mesure mesuré (en V/m) à la valeur limite Point A 954,94 GSM 900 0,05 40, fois inférieur Point B 954,94 GSM 900 0,12 40, fois inférieur Point C 954,94 GSM 900 0,13 40, fois inférieur Les niveaux sont extrêmement faibles, plusieurs centaines de fois inférieurs aux limites et les calculs théoriques rendent bien compte de ce que l on observe sur le terrain, ce que nous vérifions ci dessous. Il est en effet intéressant de rechercher la distribution de l énergie pour ce type de stations, c est-à-dire comment la puissance d une station de base annoncée en watts se transforme en champ électrique exprimée en V/m. La puissance de l émission est de l ordre de la dizaine de watts (dans le cas présent 20 W). Les pertes dans la chaîne d émission sont évaluées à 16 W, la puissance à l'entrée de l antenne sera alors de 4 W. Si nous retenons ensuite les hypothèses d une propagation dans un milieu avec très peu d obstacles, alors le champ électrique sera calculé selon la formule suivante : 16 Er = P à l antenne x Ge x 30 d (où Ge est le gain de l antenne d émission par rapport à une antenne isotrope)

2 Compte tenu des caractéristiques de la station de base (la hauteur du pylône est de 45 m et l inclinaison de l antenne communément appelée tilt est réglée à 0,5 ) et du lieu choisi pour le point initial de mesure (à 185 m du pylône pour le point B), le gain Ge sera de l ordre de 1,5. Il en résulte un champ électrique de 0,071 V/m. Conformément au protocole de mesure de l ANFR, ce niveau est extrapolé au maximum de trafic par la formule suivante : E = Er x n trx ou n trx est le nombre total d émetteurs sur la cellule, soit trois pour cette commune La valeur du champ calculé au maximum de trafic pour cette cellule est alors de 0,12 V/m conformément au résultat du point de mesure B. Le résultat ci-dessus peut être également complété par une présentation de la variation du champ électrique au voisinage du point de mesure. Cela renseigne sur les variations de l exposition subie par un individu se déplaçant autour de la station de base. Dans le cas type étudié (une station de base sur un pylône en milieu rural), les mouvements se situent généralement dans le plan horizontal (éloignement ou rapprochement de l individu par rapport à l émetteur). La Figure 2 présente le résultat de ce déplacement : on constate une légère remontée du champ électrique lorsque l on s éloigne de l émetteur au-delà du point initial de mesure B, du fait de la forme des diagrammes d antennes (un résultat de la directivité des émissions GSM, car le point de mesure initial n était pas situé dans l émission principale de la station de base). Ce graphique présente également le résultat du point C, ce dernier en effet malgré son éloignement du pylône affiche un résultat similaire au point B. Concernant Figure 2 le point A, ce dernier n étant pas situé dans l axe privilégié des antennes, nous obtenons un champ extrêmement faible : malgré sa proxi- 0,2 Variation du champ électrique à proximité du point de mesure Emetteur de type GSM dans un milieu sans obstacle antenne "modélisée" mité du site d émission, il bénéficie d une atténuation supplémentaire par rapport à un point situé dans l axe des antennes. 0,16 0,18 antenne "panneau" Point B C est pourquoi il est primordial de rappeler combien l analyse d un site est importante lorsque le point le plus exposé d un espace donné est recherché. Néanmoins, la variation constatée entre mesure et calcul théorique reste modérée, sachant que l entrée dans le lobe principal de l antenne et l accroissement du gain d antenne qui en résulte sont compensés par la diminution de champ rayonné en fonction de la distance par rapport à l antenne. E (V/m) 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,04 0 Point C Distance par rapport à l émetteur (m) 17

3 Le service GSM en milieu urbain Le cas proposé apparaît comme une configuration standard pour un émetteur GSM installé dans un site urbain. Le système d émission est placé sur un bâtiment d une hauteur de 40 m dans un ensemble d immeubles. Le point de mesure était localisé au milieu des immeubles, à proximité d'une église et d'une école. Dans ce cas également, les seuls émetteurs visibles à proximité du point de mesure étaient des antennes GSM. Le relevé des mesures réalisées sur toutes les émissions GSM significatives est le suivant : Fréquence Service Champ électrique Valeur limite Niveau de champ moyen (en MHz) total par service (en V/m) mesuré par rapport (en V/m) à la valeur limite 939,80 958,60 GSM 900 0,626 40,36 64 fois inférieur 1875 GSM ,28 56, fois inférieur Les niveaux demeurent faibles mais légèrement supérieurs au cas précédent. Par ailleurs, la variation du champ électrique E au voisinage du point de mesure pour ce cas type est extrêmement complexe. L équation utilisée pour le cas précédent ne peut être reprise car elle ne prend pas en compte les phénomènes de réflexion et de diffraction. Néanmoins une indication peut être apportée par des simulations beaucoup plus complètes. Ainsi la Figure 3 représentant la répartition de l énergie dans l espace met en évidence au niveau du sol une distribution de puissance homogène en raison des réflexions sur les murs verticaux des bâtiments. Aucun des points de mesure réalisés par l Agence n a mis en évidence des phénomènes de sur-champ, c est-àdire une brusque augmentation du champ électrique qui serait due à une combinaison constructive des différents signaux (ondes directes et réfléchies ). Cartographie de la puissance reçue 20,0 Figure ,0 Antenne d'une Station de bae "GSM " 1,56 V/m à 30 m Axe y (m) 10,0 5,0 0,75 V/m 0,0-5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 Axe x (m) Figure 4 0,68 V/m à 70 m 1,3 V/m à 34 m Les points les plus exposés se situent aux étages les plus élevés. On peut trouver plusieurs cas de figure : un immeuble héberge une station de base; un immeuble est situé face à des antennes GSM sans aucun obstacle entre les deux. Les niveaux mentionnés en Figure 4 présentent le cumul des niveaux des services GSM 900 et GSM 1800 DECT et sont le résultat de plusieurs points de mesure : il s agit donc de valeurs moyennes issues de quelques cas. Ces résultats montrent évidemment que les points les plus exposés sont situés à l extérieur et sur le point le plus élevé. Sur un ensemble de 13 points de mesure, les niveaux dans les lieux de vie ne dépassent pas en moyenne les 2 V/m soit 5 % de la valeur limite la plus faible pour les bandes de fréquences considérées. Ces mesures confirment les simulations présentées précédemment. 18

4 Les services de radiodiffusion Le cas des émetteurs de Malzéville et de la Tour Eiffel sont considérés comme standards pour des services de radiodiffusion. Ils sont en effet installés sur des structures imposantes de grande hauteur et sont en service depuis plusieurs années. Par ailleurs, les infrastructures de ces systèmes, situées à quelques kilomètres des habitations, sont visibles à l horizon et semblent aujourd hui intégrées à leur environnement. Les caractéristiques des sites en question sont les suivantes : Emetteur de Malzéville Le système d émission est installé sur un pylône de 210 m. Le point de mesure était localisé au milieu d'une zone pavillonnaire à 1 km du pylône. Les seuls émetteurs visibles à proximité du point de mesure étaient ceux situés sur le pylône, à savoir TV et FM. Emetteur de la Tour Eiffel Le système d émission est placé au dernier niveau de la Tour Eiffel à 320 m. Le point de mesure était localisé au milieu d'une zone pavillonnaire à 7 km de la Tour Eiffel, sur les terrasses de l'observatoire de Meudon. Les seuls émetteurs visibles à proximité du point de mesure étaient ceux situés sur la Tour Eiffel. Le relevé des mesures réalisées sur toutes les émissions FM et TV significatives est le suivant : du (en MHz) Service total par service (en V/m) mesuré par rapport Site (en V/m) à la valeur limite 87,5 108 MHz FM 0, fois inférieur Emetteur de Malzéville MHz TV 0, fois inférieur 87,5 108 MHz FM 0, fois inférieur Emetteur de La Tour Eiffel MHz TV 0, ,5 fois inférieur Bien que différents par leur configuration et le choix des points de mesure (respectivement situés à 1 km et 7 km du site d émission), les résultats montrent que les niveaux TV sont approximativement 30 fois inférieurs aux limites les plus basses, et les niveaux FM, 90 fois inférieurs aux limites les plus basses. A noter que pour ces deux cas, le champ électrique total par service est le résultat de la sommation de niveaux approximativement équivalents entre eux. En conclusion, sur les situations considérées comme standards par l ANFR, les relevés de champ électrique total pour les services considérés montrent en général un niveau inférieur ou voisin de 1 V/m, les rapports de ces derniers avec leur valeur limite étant de l ordre de 30 à

5 Les services de radiocommunication en milieu urbain : un cas extrême Le cas d un appartement situé à Paris sur le boulevard des Maréchaux peut être considéré comme un cas extrême d'émissions de radiocommunications en milieu urbain. Divers systèmes d émission entourent l'habitation et présentent les caractéristiques suivantes : les antennes sont installées sur des terrasses d immeubles. plusieurs émetteurs de radiotéléphonie GSM, de PMR (réseaux radioélectriques indépendants) et de radiodiffusion FM et de TV (Tour Eiffel) sont directement visibles depuis l'appartement. Les points de mesure étaient localisés sur les terrasses d'un appartement. Émetteurs GSM 900 MHz Émetteurs TETRA Émetteurs GSM 900 MHz La Tour Eiffel (Emetteurs FM et TV) Le relevé des mesures réalisées sur toutes les émissions GSM 900, GSM DECT et PMR significatives est le suivant : du (en MHz) Service total par service (en V/m) mesuré par rapport point de mesure (en V/m) à la valeur limite 1ère Mesure MHz Balises PMR 1,758 27,5 15 fois inférieur Extérieure MHz GSM 900 0,179 40, fois inférieur Terrasse Sud GSM MHz DECT 2,517 56,85 22 fois inférieur 2ème Mesure MHz Balises PMR 0,835 27,5 32 fois inférieur Extérieure MHz GSM 900 0,782 40,36 50 fois inférieur Terrasse Nord GSM MHz DECT 1,098 56,85 51 fois inférieur On constate que les niveaux mesurés sont nettement inférieurs aux valeurs limites définies par la Recommandation européenne et ce bien que les émetteurs soient en vue directe, à moins de 50 m et souvent sur un même plan. 20

6 Une situation extrême de services de radiodiffusion en milieu isolé Le cas d un site sur la montagne de la Rhune (Pyrénées Atlantiques) ne semblait pas dans une première approche extrême. Le site est isolé et accueille principalement des touristes de passage qui n y restent que quelques heures. Cependant, l analyse a mis en évidence une erreur d installation des antennes (selon l expertise de l ANFR) provoquant un dépassement des limites de la Recommandation européenne. Antenne d émission FM Antenne de radiodiffusion en 107 MHz d émission FM Le système d émission est placé sur un pylônet de quelques mètres à proximité d'une terrasse d'observation ouverte au public. Le site comporte également des émetteurs de radiodiffusion FM, de télédiffusion TV, de PMR (réseaux radioélectriques indépendants) et de GSM. Le point de mesure était situé sur la terrasse devant l'antenne FM. Le relevé des mesures réalisées sur toutes les émissions FM et TV significatives est le suivant : Fréquence Service Champ électrique Valeur limite Niveau de champ moyen (en MHz) total par service (en V/m) mesuré par rapport (en V/m) à la valeur limite 87,5 108 MHz FM 40, ,43 fois supérieur MHz TV ,3 fois inférieur Le champ électrique total en FM dépasse la recommandation : cela est dû à une émission particulière (à 107 MHz) dont le niveau atteint 39,98 V/m. Le reste des émissions représente un champ total de 2,3 V/m. La responsabilité de cette situation est réellement la conséquence de cette émission à la fréquence 107 MHz. Cette dernière est émise depuis une antenne située au niveau de la terrasse. Etant données la position et l'orientation de cette antenne, il est manifeste qu'il s'agit ici d'une erreur d'ingénierie, signalée à l autorité responsable du site. 21

7 Les services de radiodiffusion en milieu urbain : un cas extrême Le cas du site de Bonhoure (Haute Garonne) peut être considéré comme un cas extrême d'émission de radiodiffusion en milieu urbain : les antennes sont installées sur des pylônes à proximité des habitations et le public peut s approcher de cette installation à quelques mètres. Localisation du point de mesure A : en vue directe du pylône de Bonhoure à 25 m du pied du pylône; le pylône porte des émetteurs de radiodiffusion FM, de télédiffusion TV, de PMR, ERMES et DAB. Les mesures ont été réalisées à l'intérieur d'un domicile. Localisation du point de mesure B : en bordure du trottoir, sur un carrefour en vue directe du pylône de Bonhoure, à 95 mètres de sa base. Le relevé des mesures réalisées sur toutes les émissions FM et TV significatives est le suivant : du (en MHz) Service total par service (en V/m) mesuré par rapport point de mesure (en V/m) à la valeur limite Point A Point B 87,5 108 MHz FM 3, ,7 fois inférieur MHz TV 0, ,5 fois inférieur 87,5 108 MHz FM 7, ,6 fois inférieur MHz TV 0, ,5 fois inférieur Des niveaux ont été relevés pour les émissions de radiodiffusion numérique (Digital Audio Broadcast) mais ces derniers ne sont pas très significatifs, en moyenne 700 fois inférieurs aux limites. L'analyse de ces résultats montre que les niveaux moyens efficaces cumulés en FM de 3,63 V/m pour le point A et 7,76 V/m pour le point B sont relativement élevés mais sont tout de même très inférieurs à la valeur limite de 28 V/m. On constate également que les mesures intérieures sont en moyenne deux fois plus faibles que les mesures extérieures alors que le point de mesure intérieur se trouve être le plus proche du site d émission (les deux points de mesure sont espacés de 70 m). 22

8 Le tableau suivant donne l'émission la plus forte mesurée sur chacun des points de mesure. du point (en MHz) Service efficace moyen mesuré (en V/m) mesuré par rapport de mesure (en V/m) à la valeur limite Point A 104,3 1,42 19,7 fois inférieur (Intérieur) (95,2) FM (1,20) 28 (23,3 fois inférieur) Point B (104,3) (3,22) (8,7 fois inférieur) (Extérieur) 95,2 FM 3, ,3 fois inférieur Contrairement au site précédent de la Rhune, le niveau du champ total en FM n est pas dû à une seule émission forte : ce site comporte en effet un ensemble d émissions FM de puissances comparables. La responsabilité du niveau du champ total est collective. La Tour Eiffel : un site emblématique Le site de la Tour Eiffel, vu du Trocadéro, représente un autre cas type d'émission de radiodiffusion en milieu urbain. Il n est pas réellement extrême au sens où nous l entendons, puisque cet émetteur fait partie du paysage. Cependant, l Agence a souhaité afficher les valeurs relevées sur la pelouse au centre de l esplanade du Trocadéro en vue directe de la Tour Eiffel. Ce lieu touristique accueille des millions de visiteurs chaque année. Le relevé des mesures réalisées sur toutes les émissions FM et TV significatives est le suivant : Fréquence Service Champ électrique Valeur limite Niveau de champ moyen (en MHz) total par service (en V/m) mesuré par rapport (en V/m) à la valeur limite 87,5 108 MHz FM 2, ,4 fois inférieur MHz TV 2, ,3 fois inférieur On constate que les niveaux mesurés sont encore bien inférieurs aux valeurs limites définies par la Recommandation européenne bien que le point de mesure soit situé au pied d'un ensemble d'émetteurs de forte puissance. La comparaison avec les mesures effectuées sur le site de Meudon montre en FM une augmentation du niveau de champ d un facteur de 10 entre Meudon et le Trocadéro. En conclusion, en ce qui concerne les situations considérées comme extrêmes par l ANFR, les relevés du champ électrique total pour les services considérés montrent en général un niveau de quelques volts par mètre, soit un rapport typique de 10 avec les valeurs limites. 23

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