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Champs électromagnétiques


Sommaire :

Généralités sur les champs électromagnétiques

Le champ électromagnétique est la composition de deux champs vectoriels : le champ électrique et le champ magnétique.

Champ électrique

Le champ électrique est généré par la tension. Son amplitude E s’exprime en volt par mètre (V/m).

Champ magnétique

Le champ magnétique est généré par le courant. Le champ magnétique B s’exprime en tesla (T) ou gauss (G).

Champ électromagnétique continu ou alternatif
Si le courant et la tension sont continus (cas des modules PV et du câblage DC), on parle alors de champ électromagnétique continu, de même nature que le champ naturel terrestre.

Si le courant et la tension sont alternatifs (cas de l’onduleur, en sortie et du câblage qui le relie au réseau), on parle alors de champ électromagnétique alternatif, à basse ou haute fréquence.


Différence entre les champs électriques et les champs magnétiques - PNG - 377 ko
Différence entre les champs électriques et les champs magnétiques
Traduction HESPUL d’après Electric and Magnetic Fields Associated with the Use of Electric Power, National Institute of Environmental Health Sciences - National Institutes of Health, Durham NC, Juin 2002

L’amplitude des champs électriques et magnétiques est directement liée à l’amplitude de la tension et du courant en jeu : plus la tension et le courant sont élevés, plus l’amplitude des champs électriques et magnétiques est élevée. L’amplitude des champs électriques et magnétiques dépend également de la nature des tensions et des courants et varie donc d’un appareil à l’autre.

Dans le cas d’une installation solaire photovoltaïque, en cas d’absence d’ensoleillement (période nocturne notamment), le courant et la tension sont nuls dans les modules photovoltaïques et les câbles du côté DC ; ils sont très faibles au niveau de l’onduleur (en veille, alimenté par le réseau). Ainsi, l’installation photovoltaïque ne génère pas de champ électromagnétique pouvant affecter la qualité du sommeil des habitants.

L’amplitude des champs électriques et magnétiques est inversement proportionnelle au carré de la distance à la source (amplitude proportionnelle à 1/d2). La stratégie de l’éloignement à la source est donc très efficace : lorsqu’on double la distance à la source, le champ est diminué d’un facteur 4.

Le champ électro-magnétique s’atténue fortement avec la distance. Etant donné les niveaux de courant et de tension en jeu dans les modules photovoltaïques, le champ électromagnétique qu’il génère est très faible à 50 cm ; les niveaux sont plus élevés pour les onduleurs et les valeurs sont nettement plus faibles de 1 à 5 m de distance, comme précisé dans les mesures détaillées ci-dessous.

Par ailleurs, les champs électriques sont bloqués ou atténués par la plupart des matériaux et des objets (parois, murs, bâtiments, arbres, …) alors que les champs magnétiques traversent, quant à eux, la plupart des matériaux. La stratégie d’écran est donc efficace pour les champs électriques mais plus compliquée à mettre en œuvre pour les champs magnétiques.

Ainsi, le boîtier métallique de l’onduleur protège du champ électrique ; il est moins efficace pour le champ magnétique. Il est recommandé dans tous les cas, que l’onduleur ne soit pas situé dans une pièce à vivre.

Champs électriques et magnétiques : ordres de grandeur et limites d’exposition

L’ensemble de la population est exposée aux champs électromagnétiques, notamment à l’intérieur des habitations du fait du câblage électrique du logement et de l’usage d’appareils électroménagers.

Dans son rapport daté de 2010, l’Agence Française de Sécurité Sanitaire de l’Environnement et du Travail (AFFSET) indique que le champ magnétique à l’intérieur des logements serait de l’ordre de 0,2 ?T [1]. Ce rapport fournit également des mesures de champ électrique et de champ magnétique d’appareils électroménagers et d’infrastructures de transport et de distribution d’électricité.

Tableau comparatif de mesures de champ électrique et magnétique sur des appareils électroménagers et des infrastructures du réseau de transport et de distribution d’électricité
AppareilPoint de mesureChamp électriqueChamp magnétique
Radio réveil à 30 cm 16-30 V/m 0,08- 0,14 ?T
Machine à café expresso à 30 cm 8 V/m 0,7 ?T
Grille pain à 30 cm 10 V/m 0,21 ?T
Four à micro-ondes à 30 cm 4-13 V/m 3,6 - 7 ?T
Table à induction à 30 cm 32 V/m 0,2 ?T
Téléviseur LCD à 30 cm 75 V/m 0,01 ?T
Réseau de distribution BT sous la ligne 9 V/m 0,4 ?T
Réseau distribution HTA 20 kV sous la ligne 250 V/m 6 ?T
Réseau transport HTB 400 kV sous la ligne 5 000 V/m 30 ?T

Des recommandations en matière de limites d’exposition permanente et occasionnelle aux champs électriques et magne ?tiques ont été publiées par la Commission internationale de protection contre les rayonnements non ionisants (ICNIRP) [2].

Dans l’état actuel des connaissances sur les effets directs des champs sur l’homme, l’ICNIRP recommande de limiter l’exposition aiguë du public, pour des champs de 50 Hz, aux valeurs suivantes :

  • Champ électrique : E < 10 000 V/m
  • Champ magnétique : B < 1000 ?T

Ces limites sont abaissées pour une exposition permanente aux valeurs suivantes :

  • Champ électrique : E < 5 000 V/m
  • Champ magnétique : B < 200 ?T

Mesures effectuées sur des installations photovoltaïques de faible puissance (P<10 kW), pour des champs de 50Hz

Les mesures présentées ci-dessous sont issues d’une étude scientifique [3] publiée en 2013 lors du symposium Progress in Electromagnetics Research (PIERS). Dans le cadre de cette étude, le champ électrique et le champ magnétique de 3 installations photovoltaïques ont été mesurés de façon détaillée. Les mesures ont été effectuées en toiture à proximité immédiate des modules photovoltaïques selon une trame d’environ 2m par 2m à une hauteur de 1m.

La quatrième ligne correspond à une étude [4] sur une installation en toiture dont les mesures ont été prises à l’intérieur, dans la pièce située directement sous les modules PV.

Tableau comparatif des mesures prises sur différentes installations
Puissance totalePuissance délivrée au moment de la mesureChamp électrique - ensemble des points de mesureChamp électrique - points spécifiquesChamp magnétique - ensemble des points de mesureChamp magnétique - points spécifiques
8,05 kWc 6,4 kW (79%) de l’ordre de 2 V/m 28,9 V/m, à proximité immédiate d’un câble de puissance inférieur à 0,5 ?T 3,5 et 4,2 ?T, à proximité immédiate des onduleurs
4,8 kWc 4,6 kW (95%) entre 22 et 36 V/m présence d’une ligne de distribution à basse tension inférieur à 0,6 ?T 24 ?T, au niveau de l’onduleur
9,8 kWc 8,4 kW (85%) entre 2,2 et 3 V/m 2 V/m au niveau de l’onduleur inférieur à 1,2 ?T 12 ?T,au niveau de l’onduleur
8,6 kWc 4,2 kW (49%) inférieur au bruit de fond de 5 V/m idem au niveau de l’onduleur inférieur à 0,15 ?T inférieur à 1 ?T, à 1m de l’onduleur
Trame de mesures 2m par 2m, appliquée à l’installation photovoltaïque de 8,05 kWc - PNG - 84.9 ko
Trame de mesures 2m par 2m, appliquée à l’installation photovoltaïque de 8,05 kWc
Source HESPUL d’après l’étude réalisée par Safigianni, A. S., Tsimtsios A. M.
Résultats des mesures du champ magnétique, réalisées sur l’installation photovoltaïque de 8,05 kWc - PNG - 53.9 ko
Résultats des mesures du champ magnétique, réalisées sur l’installation photovoltaïque de 8,05 kWc
Source HESPUL d’après l’étude réalisée par Safigianni, A. S., Tsimtsios A. M.































Pour les installations photovoltaïques de puissance inférieure à 10 kW :

- le champ électrique mesuré à proximité immédiate de modules et des onduleurs est inférieur à 5 V/m sauf en cas de présence d’équipement électrique particulier (réseau de distribution basse tension par exemple), c’est-à-dire à des valeurs très inférieures à la limite d’exposition permanente de 5 000 V/m fixée par l’ICNIRP ;

- le champ magnétique mesuré à proximité immédiate des modules photovoltaïques reste inférieur à 1,5 ? T, c’est-à-dire à des valeurs très inférieures à la limite d’exposition permanente de 200 ?T fixée par l’ICNIRP ;

- le champ magnétique mesuré au niveau de l’onduleur peut atteindre des valeur de l’ordre de 120 ? T mais tombe à moins de 1 ? T au-delà d’une distance de 1 mètre. Le champ magnétique mesuré à 1 mètre des onduleurs est donc également très inférieur à la limite d’exposition permanente de 200 ?T fixée par l’ICNIRP.

Mesures du champ magnétique, réalisées à proximité d’un onduleur de 2,5 kW - PNG - 49.9 ko
Mesures du champ magnétique, réalisées à proximité d’un onduleur de 2,5 kW
Source HESPUL d’après l’étude réalisée par Safigianni, A. S., Tsimtsios A. M.

Mesures effectuées sur des installations PV de forte puissance (P>1MW), pour des champs de 50Hz

Les mesures présentées ci-dessous sont issues d’une étude scientifique [5] publiée en 2012 pour le compte du Massachusetts Clean Energy Center et portent sur 3 parcs photovoltaïques de puissance supérieure à 1 MW.

Tableau comparatif des mesures prises sur différentes installations
InstallationPuissance totaleNombre d’onduleursPuissance délivrée au moment de la mesureChamp électrique - au niveau de la clôtureChamp électrique - à proximité des onduleursChamp magnétique - au niveau de la clôtureChamp magnétique - à proximité des onduleurs
Site 1 3,5 MW 7 x 500 kW 3,5 MW (100%) inférieur au brut de fond de 5 V/m inférieur à 5 V/m sauf en un point particulier où une valeur de 10 V/m a été mesurée. inférieur à 0,3 ? T de l’ordre de 50 ?T à 1m ; de l’ordre de 0,05 ?T à 5m
Site 2 1 MW 2 x 500 kW 1 MW (100%) inférieur au brut de fond de 5 V/m inférieur au brut de fond de 5 V/m inférieur à 0,04 ? T de l’ordre de 50 ?T à env. 1m ; de l’ordre de 0,02 ?T, après 3 m
Site 3 1,375 MW 2 x 500 et 1 x 375 kW 1,2 MW (87%) inférieur au brut de fond de 5 V/m inférieur au brut de fond de 5 V/m inférieur à 0,04 ? T de l’ordre de 50 ?T à env. 1m ; de l’ordre de 0,02 ?T après 3 mètres




Pour les installations photovoltaïques de puissance supérieure à 1 MW :

- le champ électrique mesuré à proximité immédiate de modules et des onduleurs est inférieur à 5 V/m sauf en un point particulier où une valeur de 10 V/m a été mesurée ; dans tous les cas, l’ordre de grandeur des valeurs mesurées est très inférieur à la limite d’exposition permanente de 5 000 V/m fixée par l’ICNIRP ;

- le champ magnétique mesuré à proximité des modules photovoltaïques au niveau de la clôture périphérique reste inférieur à 0,5 ? T, c’est-à-dire à des valeurs très inférieures à la limite d’exposition permanente de 200 ?T fixée par l’ICNIRP ;

- le champ magnétique mesuré au niveau des onduleurs peut atteindre des valeur de l’ordre de 50 ? T à 1 mètre mais tombe à moins de 0,05 ? T au-delà d’une distance de 3 à 5 mètres. Le champ magnétique des onduleurs est donc également inférieur à la limite d’exposition permanente de 200 ?T fixée par l’ICNIRP dès 1 mètre et devient négligeable au-delà de 3 à 5 mètres.

Mesures du champ magnétique, réalisées à proximité d’un onduleur de 500 kW - PNG - 54.6 ko
Mesures du champ magnétique, réalisées à proximité d’un onduleur de 500 kW
Source HESPUL d’après l’étude réalisée pour le compte du Massachusetts Clean Energy

Compatibilité électromagnétique (CEM) et CEME (compatibilité électromagnétique environnementale)

Il est important de ne pas confondre les normes CEM et CEME :

  • Compatibilité électromagnétique (CEM) : le champ électromagnétique émis ne perturbe pas les autres appareils électriques. Au sein de l’Union Européenne, le marquage CE implique le respect des exigences imposées en matière de CEM.
  • Compatibilité électromagnétique environnementale (CEME) : le champ électromagnétique émis ne porte pas atteinte aux êtres vivants.

Notes

[1] Effets sanitaires des champs électromagnétiques extrêmement basses fréquences, rapport d’expertise collective, Agence Française de Sécurité Sanitaire de l’Environnement et du Travail, mars 2010

[2] ICNIRP Guidelines for limiting exposure to time-varying electric and magnetic fields (1 Hz – 100 kHz), International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, Health Physics 99(6):818 ?836 ; 2010

[3] Safigianni, A. S., Tsimtsios A. M., Electric and Magnetic Fields Due to the Operation of Roof Mounted Photovoltaic Systems, PIERS Proceedings, Stockholm, Sweden, Aug. 12–15, 2013

[4] Guldberg, P. H., Study of acoustic and EMF levels from solar photovoltaic projects, INCE, CCM, Tech. Environmental Inc. for Massachusetts Clean Energy Center, 2012

[5] Guldberg, P. H., Study of acoustic and EMF levels from solar photovoltaic projects, INCE, CCM, Tech. Environmental Inc. for Massachusetts Clean Energy Center, 2012

Dernière mise à jour : 5 novembre 2014
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