Un petit détecteur très simple peut vous y aider. Le point sur le matériel professionnel.

La métrologie des rayonnements (ou « ondes ») électromagnétiques est un domaine complexe et délicat qui requiert un matériel adapté et une parfaite connaissance des principes physiques qui régissent la propagation des ondes dites « hertziennes », des basses fréquences jusqu’aux hyperfréquences (ou « micro-ondes »). C’est un travail de spécialiste et l’on évitera comme la peste tous les charlatans qui sévissent dans ce domaine (comme les radiesthésistes et leurs proches cousins, les « géobiologues »).

Ce problème a été assez longuement développé dans plusieurs études rédigées par Daniel DEPRIS, président du CEPHES et expert de renommée internationale en ce qui concerne les nuisances physiques de l’environnement. On se reportera notamment à son rapport relatif à la téléphonie mobile (GSM, DCS, PCS, UMTS,…).

Le matériel de mesure digne de ce nom est extrêmement coûteux et difficile à mettre en œuvre. Il convient, par ailleurs, de bien choisir le matériel en fonction du type de nuisance à mesurer et du type de mesures à produire. On ne mesure pas la pollution générée par un radar avec le même matériel que celle qui émane d’une station de radiodiffusion ou d’un relais de radiotéléphonie.

Les mesures « in situ » (sur site) sont extrêmement délicates à réaliser car il faut tenir compte de différents paramètres dont la température ambiante. Les éléments sensibles des capteurs sont, en effet, calibrés pour une température bien déterminée (en général 20°C). Si l’on s’écarte de cette température d’étalonnage, il faut prendre en compte des facteurs de correction.

Cependant, même en considérant le meilleur matériel de mesure (comme le matériel proposé par les grandes marques : Rhode et Schwartz, Hewlett Packard, Marconi, Chauvin Arnoux, Holaday Industries,…) et en respectant scrupuleusement les protocoles de mesure, le maximum de précision que l’on puisse espérer est de l’ordre de ± 20 %.

Cela signifie que si les mesures aboutissent à un résultat de 2V/m (par exemple), le niveau réel sera compris, au mieux, entre 1,6 et 2,4 V/m.

Avec un matériel de qualité moyenne, la précision est encore bien moindre et la valeur réelle peut varier de 50 à 100 % par rapport à la valeur indiquée. Et nous préférons ne pas parler du matériel carrément « médiocre » (1).

En outre, le meilleur matériel ne fournira que des données sans valeur s’il est mis dans les mains d’une personne non qualifiée dans le domaine de la métrologie électromagnétique.

Ceci étant rappelé, il en découle que les mesures sur site ne sont pas à la portée du premier venu. Il en découle également que le recours à un expert véritablement qualifié est rarement à la portée d’un particulier. Si l’on considère le coût de location du matériel (2), les frais de déplacement et le coût d’intervention de l’expert, il est fréquent de dépasser largement les 1.000 euros pour une série de mesures.

Il faut aussi considérer que les niveaux de pollution peuvent varier dans le temps car de très nombreuses sources de pollution n’émettent que de façon intermittente. Dès lors, les mesures faites à un moment déterminé ne valent que pour ce moment-là et ne sont pas indicatives de ce qui pourrait être mesuré à d’autres moments. Pour être véritablement indicatives, les mesures doivent être étalées dans le temps, ce qui augmente encore le coût des expertises.

Les « pollueurs » le savent bien et, lorsqu’ils sont informés du fait que des mesures vont être effectuées à proximité de leurs installations, il arrive très fréquemment qu’ils baissent momentanément la puissance de leurs émetteurs. C’est une astuce (parmi d’autres) qui est bien connue des spécialistes. D’autre part, il n’est pas rare non plus que la puissance d’un émetteur soit augmentée pour des raisons purement technique et sans que personne en soit averti. Il peut aussi y avoir des modifications au niveau des antennes (ce qui modifie les lobes de rayonnement, donc la répartition spatiale de la pollution) et des modifications au niveau de l’environnement lui-même (ce qui peut générer des « hot spot » (3)). Enfin, il y a les ajouts d’émetteurs sur certains sites (toujours sans information des riverains).

Pour les personnes qui vivent à proximité d’une ou plusieurs sources de rayonnement, il est donc très difficile de faire le point de la situation. D’où l’intérêt de pouvoir disposer d’un petit détecteur qui permet de suivre l’évolution de ladite situation en matière de pollution hertzienne.

(1) La qualité d’un appareil de mesure ne tient ni à son âge, ni à son apparence extérieure. Ce n’est pas parce qu’un appareil est « beau » qu’il est nécessairement de bonne qualité. Certains fabricants savent vendre « de la merde » (excusez l’expression ) et utilisant de beaux boîtiers avec de beaux cadrans et de jolis boutons. Le prix de vente n’est pas, non plus, une référence. La seule référence sérieuse, c’est la marque. On ne peut faire pleinement confiance qu’aux très grandes marques, mondialement connues pour la qualité de leurs appareils de mesure.

(2) Compte tenu de la grande diversité de matériel, il est plus intéressant de louer que d’acheter, d’autant que le coût de ce matériel est très élevé et que l’évolution technologique est rapide dans ce domaine. C’est ainsi que les mesureurs dits « à large bande » et certains analyseurs de spectre, limités à 2,5 ou 3 GHZ, sont à présent dépassés et ne peuvent mettre en évidence les pollutions engendrées par les sources émettant au-delà de ces fréquences. Et ces sources sont de plus en plus nombreuses. Notons cependant que le matériel de grande précision se loue à la semaine pour une somme qui correspond en général à environ 5 à 8 % du prix neuf. Il convient, par ailleurs de prendre une assurance (auprès du loueur) pour la durée du prêt. Il n’est donc pas rare que la facture puisse atteindre ou dépasser les 2.000 euros pour la seule location du matériel.

(3) « Points chauds » caractérisés par des valeurs nettement supérieures aux valeurs moyennes que l’on mesure dans cet environnement. Ces points chauds sont généralement générés par des phénomènes de réflexion.

Ce matériel a été imaginé et mis au point par Daniel DEPRIS, sous la forme d’un « détecteur comparateur » (ou variomètre électromagnétique »). Il a notamment réalisé un prototype qui a pu être testé à proximité de la tour de transmissions de Bonhoure, à Toulouse.

Ce détecteur est ultrasimple et repose sur le potentiel de commutation des hautes fréquences et des hyperfréquences par une diode au germanium alimentée par une antenne. Le champ électromagnétique alternatif collecté par l’antenne se trouve ainsi converti en un courant continu qui peut être mesuré par un simple galvanomètre à aiguille (4).

Si le galvanomètre est de type « zéro central », il suffit d’ajuster le signal à la valeur zéro (au centre du cadran) à l’aide d’un banal potentiomètre et le détecteur fonctionnera en variomètre. Aussi longtemps que le niveau de la pollution sera stable, l’aiguille indiquera « 0 » mais lorsque ce niveau viendra à varier, l’aiguille indiquera cette variation, en plus ou en moins.

Le schéma de principe de cet appareil est reproduit ci-dessous.

Le montage est à la portée de n’importe quel bricoleur mais il requiert un minimum de soin. Les liaisons doivent être les plus courtes possibles et il est conseillé de souder directement l’une des extrémités de la diode à la borne du galvanomètre et l’autre extrémité à la base de l’antenne (5).

La précision de ce détecteur-comparateur est très relative mais il a une grande bande passante et il peut détecter des émissions d’ondes hertziennes et de micro-ondes depuis les très basses fréquences hertziennes jusqu’à plusieurs dizaines de GHZ (selon la diode utilisée). Etant très simple et sans alimentation externe, ce matériel est très robuste, fiable et facile à mettre en œuvre.  Son prix de revient est dérisoire.

(4) Le galvanomètre à aiguille est de loin préférable aux afficheurs à LED ou à cristaux liquides car il ne nécessite aucune alimentation électrique externe. Le détecteur peut donc fonctionner sans piles ni alimentation secteur.

(5) Cette antenne pourra une antenne télescopique quelconque mais à la condition de pouvoir être raccourcie jusqu’à environ 5 cm. Il est préférable de monter un connecteur sur lequel on pourra monter différentes antennes, télescopiques ou non. Un petit morceau de fil de cuivre assez rigide, monté sur une fiche banane, peut parfaitement servir d’antenne pour les longueurs d’ondes les plus courtes (celles dont le quart d’onde est inférieur à 10 cm).

Comme on le voit, le matériel nécessaire se limite à un petit boîtier en matière plastique (6), un galvanomètre 0-50 µA à zéro central, un potentiomètre avec son bouton, une antenne (et éventuellement un connecteur d’antenne) et, bien entendu, l’indispensable diode au germanium. Le montage prend moins d’une demi-heure et ne nécessite aucune qualification particulière, si ce n’est de savoir souder correctement.

La plupart des diodes commutatrices au germanium (7) peuvent convenir, du moment qu’elles peuvent commuter jusqu’à 10 GHz. Ces diodes deviennent malheu-reusement très difficiles à trouver dans le commerce. Le CEPHES peut cependant fournir cette diode aux personnes qui en feraient la demande (10€ pièce, frais de ports inclus).

Les photos, ci-dessous, montrent deux réalisations différentes de ce comparateur dans deux modèles de boîtiers et avec deux galvanomètres de tailles différentes. Le modèle de droite est le plus grand des deux avec un boîtier mesurant 180x130x55 mm. Le cadran du galvanomètre mesure 85 x65 mm. Il est très lisible. Sur la partie supérieure du boîtier, un connecteur (à droite) permet d’utiliser plusieurs antennes différentes. Le bouton du potentiomètre a aussi été reporté sur la face supérieure. L’autre modèle a été réalisé avec un boîtier 80x50x30 mm et un galvano 60x45 mm. Le bouton du potentiomètre a été monté sur le côté et l’antenne n’est pas interchangeable.

(6) La taille du boîtier dépend presque uniquement de la dimension du galvanomètre. Il en existe d’assez petits (60 x 50 mm) et d’autres plus grands. Evidemment, plus le cadran est grand et plus la lecture est facile. Un boîtier assez grand est aussi plus stable lorsque l’antenne doit être déployée (pour les fréquences HF, VHF, notamment la bande FM).

(7) Les diodes au silicium, et autres diodes, ne conviennent pas pour ce type de montage sans étage d’amplification.

L’utilisation est très simple.

On détermine un endroit où la valeur de la pollution électromagnétique est suffisamment significative (8) et où l’on peut laisser l’appareil en poste en toute sécurité (par exemple sur un meuble, sur une cheminée ou en le fixant contre un mur). On accorde l’antenne (9) et on ramène ensuite l’aiguille sur le point zéro à l’aide du potentiomètre. Le détecteur peut ainsi fonctionner en variomètre aussi longtemps que sa position demeurera inchangée et que l’on ne touchera pas au bouton du potentiomètre. Si la pollution diminue, l’aiguille du galvanomètre déviera vers la gauche. Si elle augmente, elle déviera vers la droite. On peut, de cette manière, établir un graphique des variations en faisant des relevés journaliers (à heures fixes) ou vérifier si les exploitants des émetteurs n’ont pas modifié leurs installations.

Ce petit matériel n’est pas d’une très grande sensibilité mais il convient parfaitement pour les sites véritablement « à risques » (les plus pollués). Si ce genre de détecteur ne réagit pas dans un environnement déterminé, c’est que le niveau de pollution est faible ou négligeable.

On pourra tester le bon fonctionnement du montage à l’aide d’un simple téléphone portable que l’on approchera de l’antenne. Si l’aiguille ne bouge pas, c’est que le montage n’est pas bon.

Ce genre de détecteur simplifié permet de déterminer si un environnement déterminé est affecté par une pollution hertzienne vraiment inquiétante et de suivre l’évolution de cette pollution (10). Mais il ne permet pas de faire des « mesures » dignes de ce nom. Il existe d’autres détecteurs simples qui correspondent à d’autres utilisations (comme ceux qui sont inclus dans la valisette proposée par le CEPHES).

Lorsque l’on constate une pollution inquiétante, il convient de faire procéder à des mesures précises par un expert qualifié. Le CEPHES peut vous aider dans ce genre de démarche. Nous ne répéterons jamais assez que le véritable appareillage de mesure est extrêmement coûteux et qu’il nécessite, en outre, une parfaite connaissance de la physique des rayonnements ainsi qu’une longue expérience de la métrologie. N’importe qui peut acquérir un mesureur de précision (il suffit d’en avoir les moyens) mais la bonne utilisation de ce genre de matériel n’est pas à la portée du premier venu.

(8) Pour trouver une valeur significative, il faut se déplacer dans l’environnement considéré en ajustant la longueur de l’antenne. Si la pollution provient surtout de stations de radiodiffusion, l’antenne devra avoir une longueur d’environ 75 cm. Si la pollution est générée par des émetteurs VHF-UHF (télévision par exemple), l’antenne devra être raccourcie en conséquence. Elle devra être encore plus courte (quelques cm) s’il s’agit d’émetteurs MO typiques (téléphonie mobile, Wi-fi,…).

(9) Si l’antenne est interchangeable, on choisit celle qui convient le mieux pour le type de pollution qui prédomine (FM, télévision, radiotéléphonie,…). En général, la longueur du brin sera comprise entre 75 cm (pour la radiodiffusion FM) et quelques centimètres (pour les transmissions hyperfréquences comprises entre 1 et 20 GHz. Pour les fréquences les plus élevées (donc les longueurs d’ondes les plus courtes), l’appareil pourra fonctionner sans antenne. Si l’on utilise une antenne télescopique, on l’ajustera jusqu’à obtenir la déviation la plus importante.

L’antenne fonctionne en quart d’onde. Ainsi, pour la fréquence de 100 MHz (bande FM), la longueur d’onde sera de 300 divisé par 100, soit 3 mètres. Le quart d’onde est donc de 0,75 m. Pour 3 GHz (3.000 MHz), on aura 300 divisé par 3.000, soit 0,10m, et un quart d’onde de 0,025 m 2,5cm). Et ainsi de suite (toujours diviser 300 par la fréquence exprimée en MHz pour obtenir la longueur d’onde en mètres).

Pour ce type d’application, l’accord d’antenne n’est cependant critique. On peut se contenter d’un accord approximatif. L’important est d’obtenir une déviation significative de l’aiguille du galvanomètre. On peut donc utiliser quatre antennes à brin fixe ayant respectivement 75 cm, 20 cm, 7,5 cm et 3 cm de longueur. On branche successivement les quatre antennes à l’appareil et l’on choisit celle qui donne la déviation maximale. Cela permet, accessoirement, de savoir dans quelle bande de fréquences se situe l’essentiel de la pollution ambiante (le plus souvent, ce sera dans la bande FM avec l’antenne de 75 cm). Cependant, si l’on soupçonne des variations de puissance dans la bande des 900 MHz (par exemple), on branchera l’antenne ayant 7,5 cm de longueur (accordée sur 1.000 MHz). Pour la bande DCS-UMTS (de 1,8 à 2,2 GHz), on utilisera l’antenne de 3 cm. Au delà de 7,5 GHz, la longueur d’onde devient inférieure à 4 cm et le quart d’onde inférieur à 1 cm. La diode et le connecteur d’antenne suffisent (pas besoin d’antenne).

(10) Ce petit appareil peut aussi servir de détecteur de fuites pour fours à micro-ondes. Dans ce cas, on l’utilisera sans antenne ou avec l’antenne télescopique raccourcie au maximum. Les fours MO utilisent la fréquence ISM de 2.450 MHz (2,45 GHz). Cette fréquence est utilisée pour de nombreuses applications (comme la diathermie UHF). Elle est très proche de la fréquence utilisée par le système de radiotéléphonie UMTS et d’autres systèmes de transmission par hyperfréquences (ou « micro ondes »). Pour mémoire, les réseaux de téléphonie mobile et portable (GSM, DCS, PCS, UMTS,…) émettent entre 900 et 2.200 MHz (0,9 à 2,2 GHz).

Actuellement, l’un des appareils les mieux adaptés à la cartographie des pollutions hertziennes est le récepteur sélectif CA 47 de la firme française Chauvin-Arnoux. Il présente cependant le défaut d’être limité à 2.500 MHz (2,45 GHz) alors même que de nombreuses sources émettrices se situent au-delà de cette fréquence.

Le CA 47 permet de couvrir les fréquences comprises entre 25 et 2.450 MHz avec une résolution de 100 Hz et une dynamique de mesure allant de – 10 dBm à – 130 dBm. Son logiciel permet de coupler ce mesureur à un localisateur GPS. La mémoire interne peut stocker 5 configurations et 96.000 points de mesure. L’appareil se présente sous l’aspect d’une valise pesant environ 5,5 kg. L’autonomie est de 3 à 5 heures, selon configuration, avec les accus NiMH.

Le CA 47 a donc été véritablement conçu pour la cartographie des nuisances électromagnétiques. C’est un appareil qui appartient à la catégorie des appareils de grande précision et, de ce fait, délicats à mettre en œuvre. En effet, plus un appareil est sensible et plus les mesures peuvent être altérées par toutes sortes de phénomènes physiques, par des anomalies techniques (notamment au niveau de l’antenne, des câbles et des connecteurs) et même par des perturbations externes, volontaires ou involontaires, ayant pour effet de perturber les mesures.

Dans la réalité concrète, les mesures réalisées unilatéralement par l’une ou l’autres des parties (exploitants, opposants, pouvoirs publics,…) ne peuvent être regardées comme absolument significatives. Seules des mesures contradictoires, faites par des experts qualifiés, aux mêmes endroits, au même moment et avec un matériel agréé, pourraient être considérées comme significatives. Si les mesures faites dans de telles conditions, par les experts représentant les différentes parties, fournissent des valeurs très proches les unes des autres, elles peuvent être regardées comme exactes (pour le moment considéré et les conditions d’exploitation en cours). Si des différences importantes sont constatées, il est évident que l’une ou l’autre des parties a tenté de fausser les résultats ou s’est servie d’un matériel affecté par des anomalies de fonctionnement.

Le CA 47 de la firme française Chauvin Arnoux. Il serait parfait s’il pouvait effectuer des mesures jusqu’à 30 GHz. Il est certain, cependant, que cette montée en fréquence augmenterait très sensiblement le prix (déjà très élevé) de ce matériel qui a été essentiellement conçu pour les opérateurs téléphoniques (qui ne s’intéressent guère aux fréquences supérieurs à 2,5 GHz).