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Technologies

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Màj : 11 mars 2022   –   # pages : 27 [?]

Technologies de l'information

https://philosophie.jortay.net/technologies#information

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Principes de modélisation

https://philosophie.jortay.net/technologies#principes-modelisation

Le présent chapitre prend la forme d'un tableur. Contrairement aux cours habituels en format PDF, le format informatique permet de procéder à des simulations (« faire tourner le modèle »). Cette plus grande proximité avec la pratique de terrain stimule la compréhension intuitive de la matière.

Nous allons voir :

  • ce qu’est une fonction de distribution (feuille 1);
  • comment calculer un échantillon pour simuler sa mesure (feuilles 2)  ;
  • l’importance d’une taille d’échantillon suffisamment grande pour estimer la réalité avec suffisamment de précision (que ce soit par la mesure où le calcul) (feuilles 3-5)  ;
  • comment modéliser la dépendance entre variables (feuilles 5-8) ;
  • le paradoxe de Simpson et les variables de confusion (feuille 9) ;
  • la différence entre variables continue et discontinue (feuille 10) ;
  • ce que signifie la fameuse « valeur p » des études scientifiques, et quelles sont ses limitations (feuille 11).

Télécharger le tableur modelisation.ods

  • Ce tableur est réalisé avec le tableur Calc (extension .ods) de la suite LibreOffice incluse dans le système d’exploitation libre Debian. Le convertir dans un autre format (par exemple .xls) est possible, mais peut rendre certaines fonctionnalités inopérantes.
  • Les zones de texte et les graphique peuvent cacher le contenu de certaines colonnes. Dans ce cas il suffit de cliquer-déplacer ces zones.

Interaction champ-cellule

https://philosophie.jortay.net/technologies#interaction-champ-cellule
 9.1. Problématique
 9.2. La cellule en détail
 9.3. Bioélectromagnétisme
 9.4. Effets thermiques des CEM
 9.5. Effets athermiques des CEM
 9.6. 5G
 9.7. Bilan

Problématique

https://philosophie.jortay.net/technologies#champ-cellule-problematique

Les champs et ondes électromagnétiques transportent de l’énergie électromagnétique. Cette énergie interagit avec la matière vivante selon différentes modalités, en particulier en fonction de la fréquence des rayonnements. Aux fréquences basses, l’énergie est plutôt convertie en courants électriques, qui peuvent interagir, par exemple, avec le système nerveux. Aux fréquences plus élevées, à partir de 100kHz environ, l’énergie déposée est transformée en énergie mécanique, au niveau moléculaire, puis thermique, avant que des processus de dissipation n’interviennent, par conduction dans les tissus et via la circulation sanguine. Tant que la quantité d’énergie convertie est faible par rapport aux capacités d’adaptation de l’organisme (thermorégulation), aucun effet macroscopique local ou systémique n’est observé [source].

Les organismes sont soumis à des ondes (on dit plutôt "champs") électromagnétiques (CEM), naturels et artificiels, qui véhiculent de l’énergie électromagnétique sous forme oscillatoire ou impulsionnelle. Les organismes sont adaptés aux CEM naturels, du moins dans l'atmosphère terrestre. D'autre part, même en l'absence de tout champ électrique extérieur, notre corps est le siège de micro-courants dus aux réactions chimiques qui correspondent aux fonctions normales de l'organisme. Par exemple, certains signaux sont relayés par les nerfs sous la forme d'impulsions électriques. La plupart des réactions biochimiques qu’impliquent la digestion et l'activité cérébrale par exemple, comportent une redistribution de particules chargées. Le cœur lui-même est le siège d'une activité électrique que l'on peut observer au moyen d'un électrocardiogramme.

Les organismes vivants sont donc eux-mêmes émetteurs d'ondes EM. Tout organisme vivant est source de rayonnements radioactif à faibles doses dus au tritium, isotope 3H de l'hydrogène à l'état de trace, et à l'isotope 40K du potassium dans les os. À sa température de 37° la surface corps humain assimilée à un corps noir rayonne jusqu'à 524 W/m2.

Cependant, les CEM artificiels, exploitant divers phénomènes physiques (RF, rayons X, résonance magnétique nucléaire, radioactivité, ...), s'ajoutent à l'exposition naturelle, de sorte que l'exposition totale peut modifier les propriétés physico-chimiques des organismes.

On peut classer ces modifications en deux groupes :

  • effet thermique : dans le cas de rayonnements énergétiques, tels les radiofréquences (RF), on interprète les effets thermiques comme le résultat de l’effet Joule dû à l’agitation des charges et des dipôles électriques.

    • application : four à micro-ondes.
  • effets athermiques :

    • par exemple l'application d'impulsions de champ électrique peut, sous certaines conditions, modifier la perméabilité de la membrane des cellules (dite "membrane plasmique").
      • application : l'électrochimiothérapie utilise l'effet des impulsions de champ électrique pour perméabiliser la membrane plasmique et faciliter ainsi la pénétration de molécules anticancéreuses dans la cellule ⇒ L'efficacité de l'agent anticancéreux (par exemple la bléomycine) s'en trouve alors augmentée de façon significative (... mais aussi les effets indésirables de l'agent et de l'électroporation).
    • des modifications d’enregistrements encéphalographiques peuvent être observées chez l'homme sous une exposition aux radiofréquences (téléphonie mobile, wifi, ...) [source].

Pour se prémunir des effets thermiques lors de l'exposition à ces applications, des limites sur les niveaux d'exposition ont été définies qui garantissent l'absence d'échauffement significatif lié aux ondes électromagnétiques. Demeurent cependant des questionnements sur les effets athermiques, et qui suscitent de nombreuses recherches.

L'être humain évolue dans un environnement électromagnétique créé par de nombreuses sources de champs, naturelle et artificielles. Les sources artificielles de CEM les plus courantes sont :

  • les relais de télécommunication : antennes de transmission radio et TV, points d'accès Wi-Fi, routeurs, ... ;
  • les terminaux : smartphones, tablettes, portables ... ;
  • les câblages électriques ;
  • appareils électriques domestiques : ampoules, sèche-cheveux, four micro-onde,  ... 

On peut également distinguer basses et hautes fréquences :

  • CEM basse fréquence (CM-BF) : lignes de courant alternatif (50/60 Hz) ;
  • CEM haute fréquence (CEM-HF) : réseaux de communication mobile (de 800 MHz à 2,5 GHz).

    Fréquence des divers technologie de communication mobile : wikipedia.org/Débits_et_portées

spectre-EM.jpg

Les sources artificielles (en rouge et bleu) sont situées entre quelques Hz et quelque centaines de GHz. Source

Les rayonnements dits non ionisant ont une énergie électromagnétique insuffisante pour ioniser des atomes ou des molécules (c'est-à-dire pour arracher complètement un électron d'un atome ou d'une molécule). Or l'énergie véhiculée par une onde électromagnétique est proportionnelle à sa fréquence : plus la fréquence est basse, moins les ondes transportent d’énergie ⇒ les rayonnements non ionisant correspondent aux basses fréquences, la limite étant déterminée par les ultra-violets [source]. Par convention les rayonnements non ionisants ont une énergie inférieure à 12 eV, soit une longueur d’onde supérieure à 100 nm.

  • Les fréquences utilisées par les smartphones étant de l'ordre de 30.000 fois inférieures aux fréquences d'émission du corps humain dans l'infrarouge. Si en tant qu'émetteur l'organisme est opaque dans l'infrarouge, il est par contre transparent aux ondes émises aux fréquences des smartphone. Dans ces conditions, des effets nocifs des smartphones sur l'organisme semblent à priori peu probables.
  • Le rayonnement solaire arrivant à la surface de la terre est essentiellement composée de rayonnements non ionisants car largement filtré par le champ magnétique terrestre et par l'atmosphère terrestre (en particulier par l'oxygène et la couche d'ozone).

Il semble donc que l'on a la relation :
fréquence (B/H)) ⇒ énergie (B/H) ⇒ (non-)ionisant ⇒ effets (a)thermiques,
ce que synthétise le tableau suivant (à valider...) :

Fréquences →
Effets ↓
BFHF
ThermiquesNon ?Oui
Athermiques Oui ?Oui ?

On notera que les recommandations de l'OMS en matière de seuils d'émission/exposition sont définies par rapport au caractère physique non ionisant, plutôt que par rapport au type d'effet biologique. On notera que cette approche physique plutôt que biologique est typiquement celle des fabricants d'applications industrielles, ce que confirme le fait que l'OMS reprend les recommandations de l'ICNIRP (crée par l'IRPA en 1992) en matière de rayonnements non ionisants [source]. Or ces recommandations sont systématiquement acceptées par GSMA, un lobby de la téléphonie mobile [source]. La raison semble être que l'IRPA se focaliserait sur les seuls effets thermiques.

Ajoutons que le tableau ci-dessus ne synthétise pas l'intégralité de la problématique. Il reste notamment à prendre en compte la dimension temporelle :
  • quel est le délai d'apparition des effets après le début de l'exposition ?
  • quel est le délai de disparition des effets après la fin de l'exposition ?

Natures différentes. Alors que les champs électromagnétiques ambiants/naturels sont sinusoïdaux et de faible niveau (typiquement inférieur à 10 μT), les champs artificiels utilisés par exemple en thérapie sont de formes variées, de plus forte amplitude (généralement aux alentours du mT) et possèdent une variation temporelle élevée (typiquement supérieur à 1 T/s) [source].

Propagande
industrielle

Ainsi des effets potentiellement nuisibles pour les organismes sont utilisés à des fins thérapeutiques (ou prétendues telles ...). Il y a donc matière à prudence dans l'acceptation de telles applications, et cela d'autant plus que l'opinion publique est soumise à une manifeste propagande industrielle, parfaitement illustrée par l'article Wikipédia consacré à l'électroporation, présentée non pas comme un phénomène de bioélectromagnétisme potentiellement délétère, mais avant tout comme une application industrielle, dont médicale [source].

Des arguments souvent invoqués par les agences de santé (dont l'OMS) pour considérer cette propagande comme non abusive sont :

  • les rayonnements non ionisants (RNI) n'ayant pas assez d'énergie pour déloger les électrons (et ainsi rompre les liaisons entre molécules) ils ne peuvent donc être mutagènes et cancérigènes ; il n'existerait aucun autre mécanisme pouvant expliquer l'action biologique des champs électromagnétiques non thermiques et non ionisants ;

    Des études ont pourtant montré des perturbations de systèmes biologiques à des niveaux proches ou même inférieurs à 1000 μW/m², expliqués par des perturbations dans les transferts d'électrons et de protons soutenant la production d'ATP dans les mitochondries exposées à des signaux RF ou ELF [source].

  • les applications industrielles à champs élevés sont "ciblées" spatialement et temporellement (*), tandis que les applications non-ciblée spatio-temporellement (réseau électrique, wifi, ...) sont à champs faibles.

    (*) Par exemple la destruction de cellules cancéreuse par électrothérapie (via la destruction de la membrane) peut se faire par un champs localisé au moyen d'électro-aiguilles, et appliqué pendant quelques microsecondes.

    electro-aiguille.jpg

Le graphique suivant montre que les application industrielle font une arbitrage entre intensité du champs et durée d'application : plus l'intensité est élevée (cas des manipulations intra-cellulaires), plus la durée doit être courte.

Business
vs santé

Enfin Percherancier soulignait en 2017 que « les recherches menées sur les effets potentiels des champs RF sur la matière vivante, malgré l’intensité des efforts de recherche sur les effets biologiques et sanitaires potentiels des RF environnementaux, nos connaissances en bioélectromagnétisme n’ont pu suivre l’évolution rapide des technologies. L’essentiel des projets de recherche a ainsi porté sur les signaux de deuxième génération (2G) de type GSM alors que l’UMTS (3G) et la 4G sont déjà largement déployées et que la 5G sera vraisemblablement déployée en 2020. S’y ajoutent le Wi-Fi, le WiMAX, les RFID et d’autres signaux émergents. L’extrapolation des connaissances issues de la 2G aux nouveaux signaux est délicate car les signaux ont des caractéristiques distinctes, en particulier en termes de modulation ».

La cellule en détail

https://philosophie.jortay.net/technologies#cellule-detail

Pour préparer les sections suivantes il est utile d'étudier un peu plus en détail la brique élémentaire des organismes vivants.

 9.3.1. Constitution
 9.3.2. Respiration cellulaire
 9.3.3. Réseau cellulaire
Constitution
https://philosophie.jortay.net/technologies#cellule-constitution
Nous allons rapidement passer en revue ses composants principaux, notamment : membrane (10), mitochondrie (9), noyau (2), réticulum endoplasmique (5).

Cellule animale

cellule-detail.jpg

(1) Nucléole ; (2) Noyau ; (3) Ribosomes ; (4) Vésicule ; (5) Réticulum endoplasmique rugueux (ou granuleux) ; (6) Appareil de Golgi ; (7) Cytosquelette ; (8) Réticulum endoplasmique lisse ; (9) Mitochondries ; (10) Membrane plasmique. Source

Membrane
plasmique

La membrane plasmique délimite la cellule et sépare le milieu extracellulaire du cytoplasme. Ce dernier désigne le milieu intracellulaire dans lequel les composantes de la cellule, appelées organelles, sont en suspension (eucaryotes : noyau, mitochondries, appareil de Golgi...).

Dans cette double couche lipidique qu'est la membrane plasmique sont insérées des protéines qui confèrent à la membrane des fonctions spécifiques propres à chaque type de cellule. Ces protéines permettent notamment, sous la forme de canaux, le transport d’éléments entre le milieu extracellulaire et le cytoplasme. Ce faisant elles jouent un rôle essentiel dans la communication de la cellule avec son environnement.

Membrane plasmique

membrane-plasmique

Source

Du fait de la différence de concentration ionique entre le milieu de culture et le cytoplasme, il existe une diffusion passive d’ions entre les deux milieux grâce aux canaux ioniques. Généralement, les ions circulent du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré (osmose). La concentration en ions sodium Na+ est plus importante dans le milieu extracellulaire que dans le milieu intracellulaire, et inversement pour les ions potassium K+. Pour maintenir le déséquilibre ionique, d’autres canaux dits « actifs » assurent le déplacement des ions dans l’autre sens. Dû à cette inégale répartition des ions de part et d’autre de la membrane, l’intérieur de la cellule est à un potentiel inférieur à celui de l’extérieur de la cellule. La membrane plasmique est alors caractérisée par son potentiel transmembranaire de repos. Ce dernier dépend du type de cellule considéré, mais varie autour de 70 mV [source].

Mitochondries

Les mitochondries sont des organites intracellulaires à double membrane. Elles interviennent dans la production énergétique de la cellule. Elles sont présentes plus particulièrement dans les tissus ayant une forte activité, comme les cellules nerveuses ou musculaires.

Noyau

Le noyau est le siège notamment de la transcription qui consiste en la copie d’une portion de l’ADN en ARNm. La présence de pores dans sa membrane permet des échanges entre le nucléoplasme et le cytoplasme et notamment de l’ARNm nécessaire aux ribosomes (3) pour la synthèse des chaînes protéiques.

Réticulum
endoplasmique

Le réticulum endoplasmique (5 et 8) est de forme très irrégulière. Il est constitué de tubules membranaires dont une partie d’entre eux sont reliés à la membrane nucléaire. Le réticulum endoplasmique se décompose en deux parties : rugueuse et lisse. Le réticulum endoplasmique rugueux est le siège de la production de protéines nécessaires aux organites ou au milieu extracellulaire. Il est dit « rugueux » dû à la présence de ribosomes sur sa surface. Ces derniers assemblent les acides aminés, qui composent les protéines, en fonction de l’information contenue dans l’ARNm. Les chaînes protéiques ainsi créées sont ensuite insérées dans le réticulum endoplasmique qui a également pour fonction de transporter les protéines d’une région de la cellule vers une autre. Le réticulum endoplasmique lisse quant à lui est le siège de la formation de vésicules qui vont fusionner avec l’appareil de Golgi (6), ainsi que le siège de la synthèse de phospholipides et d’hormones stéroïdes. Il a également pour fonction de stocker le calcium (Ca2+).

Respiration Cellulaire
https://philosophie.jortay.net/technologies#respiration-cellulaire

La respiration cellulaire est l'ensemble des processus du métabolisme cellulaire convertissant l'énergie chimique contenue dans le glucose en adénosine triphosphate (ATP). Ces réactions sont globalement exothermiques, c'est-à-dire qu'elles produisent de la chaleur, la plupart étant des réactions d'oxydoréduction. De ce point de vue, la respiration s'apparente chimiquement à une combustion des nutriments, jouant le rôle de donneurs d'électrons (réducteur), en présence d'un accepteur d'électrons (oxydant).

La respiration est l'une des voies essentielles permettant aux cellules de produire de l'énergie métabolique pour leur développement et leur activité. Parmi les nutriments utilisés par les cellules des animaux et des plantes, on compte les glucides (ose), les peptides (acides aminés) et les lipides (acides gras), tandis que l'oxydant le plus fréquent dans les systèmes biologiques est l'oxygène moléculaire O2. L'énergie biochimique récupérée sous forme d'ATP peut ensuite être utilisée par des processus qui consomment de l'énergie tels que les biosynthèses, la locomotion ou encore le transport actif de substances chimiques à travers les membranes biologiques.

Réseau Cellulaire
https://philosophie.jortay.net/technologies#reseau-cellulaire

Il existe des jonctions intercellulaires mettant en relation le cytoplasme de deux cellules voisines. À travers ces "gaps" ou "nexus" peuvent passer des molécules, ions et signaux électriques.

gap.jpg

Dans la section suivante nous allons voir des modèles visant à approcher les expérimentations in vitro, et basés sur des représentations plus ou moins simplifiées de la complexité cellulaire.

Bioélectromagnétisme

https://philosophie.jortay.net/technologies#bioelectromagnetisme
 9.3.1. Principes
 9.3.2. Mesures in vitro
 9.3.3. Modélisations
Principes
https://philosophie.jortay.net/technologies#bioelectromagnetisme-principes
OEM.gif

Nous avons vu qu'une onde électromagnétique (cf. /savoir-scientifique-base#lumiere) est l'association d'un champ électrique (cf. /savoir-scientifique-base#electricite) périodique sinusoïdal (E) et d'un champ magnétique (H) sinusoïdal de même période, perpendiculaire en tous points. Dans le vide, la propagation est rectiligne et se fait à la vitesse de la lumière, soit environ 3 108 m/s. En vertu de W = F * L (cf. /savoir-scientifique-base#travail), cette propagation s’accompagne d’un flux d’énergie, proportionnel au produit des amplitudes de E et de H, et exprimé en watts par mètre carré (W/m2)

Dans leurs applications technologiques les CEM servent soit de support pour le transport d’information soit de vecteur énergétique.

Les ondes électromagnétiques se caractérisent par un ensemble de paramètres comprenant la fréquence (f), la longueur d’onde (l), l’intensité de champ électrique, l’intensité de champ magnétique, la polarisation électrique (P) (direction du champ E), la vitesse de propagation (c) et le vecteur de Poynting (S).

Une onde est spatialement caractérisée par une amplitude (hauteur), et une longueur d'onde (distance entre deux sommets). La dimension temporelle est exprimée par la période (temps pour passer d'un sommet à l'autre), mais plus souvent par son inverse qu'est la fréquence. La fréquence [Hz=1/s] est donc le nombre de cycles complets en un point donné en une seconde : lorsque la fréquence est plus faible, c'est parce que la longueur d'onde est plus grande (environ 6000 km à 50Hz). La vitesse de propagation est donc le produit de la fréquence par la longueur d'onde. L'énergie est donc fonction positive de la fréquence.

Dans le vide, cette vitesse est celle de la lumière, mais dans un milieu, la vitesse dépend des propriétés électriques du milieu, qui sont définies par sa permittivité (ε) et sa perméabilité (μ). La permittivité mesure l’interaction du milieu avec le champ électrique tandis que la perméabilité mesure son interaction avec le champ magnétique. Les substances biologiques ont une permittivité très différente de celle du vide, qui dépend de la longueur d’onde (surtout dans la gamme des radiofréquences) et du type de tissu.

Transfert
d’énergie

Lorsqu’un rayonnement électromagnétique traverse un milieu biologique, sa vitesse de propagation diminue et sa longueur d’onde devient plus courte du fait de l’absorption par les tissus d’une partie de l’énergie électromagnétique. Cependant, la perméabilité des substances biologiques est égale à celle du vide. En d’autres termes, les champs magnétiques nous traversent librement.

Pour une onde plane, le rapport constant de la valeur du champ électrique et de la valeur du champ magnétique est connu sous le nom d’impédance caractéristique :
Z = E / H
Dans le vide, Z = 120 π ≈ 377 Ω. Dans les autres cas, Z dépend de la permittivité et de la perméabilité du milieu que l’onde traverse.

Le transfert d’énergie est décrit par le vecteur de Poynting, qui représente la valeur et la direction de la densité de flux électromagnétique :

S = E x H [W/m2] :

  • dans le cas d’une onde de propagation, l’intégrale de S sur une surface représente la puissance instantanée transmise à travers la surface (densité d’énergie) ;
  • dans le cas d'une onde plane dans le vide (cas des HF ?), il résulte de n_impedance et n_poynting que : S = E2 / 377 et S = 377 * H2

Champ proche/lointain. Les conditions d’exposition que l’on rencontre en pratique ne peuvent pas toutes être représentées par des ondes planes. C’est en particulier le cas à proximité des sources de rayonnement RF. Le champ électromagnétique rayonné par une antenne peut être subdivisé en deux régions : le champ proche et le champ lointain, la limite entre les deux étant ordinairement placée à r = 2 * a2 / λa est la plus grande dimension de l’antenne. Dans le cas des très basses fréquences (entre 1 à 300 Hz), le champ électrique et le champ magnétique doivent être considérés séparément : on n'est pas dans le rapport constant E = 377 * H d'une onde plane dans le vide (phrase à confirmer car la source est ambiguë). Or, en raison des très grandes longueurs d’onde associées à ces basses fréquences (environ 6000 km à 50Hz), les mesures sur des systèmes biologiques (qui sont d'un ordre de taille nettement inférieur) sont toujours effectuées dans la zone dite de «champ proche».

Alors que les champs électriques ne sont associés qu’à la présence d’une charge électrique, les champs magnétiques sont créés par le mouvement physique d’une charge électrique (courant électrique). Un champ électrique F exerce une force sur une charge électrique et s’exprime en volt par mètre (V/m). De façon analogue, les champs magnétiques peuvent exercer des forces physiques sur des charges électriques, si ces charges sont en mouvement et/ ou si le champ magnétique est variable dans le temps. Le champ magnétique est plus souvent caractérisé par la densité de flux magnétique ou induction magnétique B exprimée en Teslas (T), que par son intensité H, ces deux grandeurs étant liées par la relation B = μ * Hμ représente la perméabilité magnétique du milieu.

L’exposition à des champs électriques ou magnétiques variables dans le temps génère des champs électriques internes et des courants à travers le corps, ainsi qu’une absorption d’énergie dans les tissus ; l’intensité de ces phénomènes varie selon les mécanismes de couplage et la fréquence. Les champs magnétiques à très basse fréquence induisent des courants électriques dans le tissu qui circulent en boucles dans des plans orthogonaux à la direction d'incidence du champ. La relation entre un champ magnétique variant dans le temps et le champ électrique induit dans les tissus est exprimée par la loi de Lenz-Faraday. Cette loi indique que la force électromotrice induite dans un bobinage fermé, placé dans un champ magnétique, est proportionnelle à la variation au court du temps du flux du champ magnétique qui traverse le circuit ∇ x E = - δB / δt (extraite des équations de Maxwell : /savoir-scientifique-base#Gauss-electricite) où ∇ x E exprime le rotationnel du champ E.

Un champ électrique interne Ei, magnétiquement induit dans les tissus, entrainera l’apparition de courant électrique, dont la densité J [A/m2] peut être calculée à partir de la loi d’Ohm J = σ * Eiσ [S/m] représente la conductivité électrique du milieu.

La matière vivante, composée de matériaux diélectriques peu conducteurs et hétérogènes, est essentiellement non magnétique et l’interaction avec les rayonnements électromagnétiques est due au champ électrique ou aux courants électriques induits à l’intérieur de l’organisme cible. L’intensité des champs électriques internes dépend de nombreux facteurs. Les organismes humains et animaux provoquent des perturbations significatives de la distribution spatiale des champs électriques basses fréquences. Aux basses fréquences, le corps est un bon conducteur, et les lignes de champ perturbées à l’extérieur du corps sont pratiquement perpendiculaires à la surface corporelle. Des mouvements de charges à la fréquence du champ externe apparaissent à la surface du corps exposé et génèrent ainsi des courants à l’intérieur du corps. En ce qui concerne les champs magnétiques, la perméabilité des tissus est la même que celle de l’air, et le champ à l’intérieur des tissus est donc identique au champ externe. Les organismes humains et animaux ne perturbent pas beaucoup les champs de ce type ; leur principale interaction avec les champs magnétiques se traduit, suivant la loi de Faraday, par l’induction de champs électriques et de courants associés à l’intérieur des tissus. Des champs électriques peuvent également être induits par mouvement dans un champ magnétique statique. Conformément à la loi de Lenz-Faraday, à partir d’un certain seuil d’intensité (5 mT), la modification rapide d’un champ magnétique induit localement une dépolarisation (potentiel d’action) de neurones placés dans ce champ. Cette dépolarisation se propage le long des axones, puis de proche en proche par l’intermédiaire des synapses, en s’atténuant avec la distance. Les normes relatives aux niveaux d’expositions environnementaux nous protègent de ce risque qui peut entraîner l’apparition de troubles visuels nommés "magnéto-phosphènes".

Quand la matière vivante est exposée à un champ RF, les molécules dipolaires (les molécules dont le barycentre des charges négatives et celui des charges positives ne sont pas confondus) présentes dans la matière s’orientent en direction du champ électrique, et suivent l’oscillation de ce champ. La molécule d'eau est dipolaire du fait que l'atome d'oxygène est plus électronégatif que celui d'hydrogène, et également du fait de la géométrie coudée de la molécule. Notre corps est composé d’eau pour 65% de sa masse, mais cette proportion passe à 98% si l’on considère le nombre de molécules. Dit autrement, 98% des molécules de notre corps sont des molécules d’eau. Ainsi, quand elles sont absorbées par les tissus biologiques, les ondes RF interagissent principalement avec les molécules d’eau. Plus exactement, les molécules d'eau dans nos tissus présentent une distribution aléatoire de leurs orientations.

polarisation-orientation.jpg

Le champ E ⇒ force F ⇒ couple C = p ∧ F où p est le moment dipolaire de la molécule et vaut p = q * A * B où A et B sont les barycentres des charges + et -.

Mais en présence d'un champ électrique continu, les pôles positifs des molécules d'eau s'orientent dans la même direction que ce champ (polarisation de Debye). Dans un champ électrique ondulatoire, les pôles des molécules dipolaires alternent leur alignement avec le sens du champ électrique, et de ce fait sont en rotation autour de l'axe de symétrie de la molécule.

Relaxation. Au-delà d’une fréquence de 100 MHz et avec un maximum à 20GHz, l’eau libre ne peut plus suivre l’oscillation du champ électrique, ce qui provoque un déphasage entre les orientations du champ et les molécules d’eau. Ce phénomène est appelé "relaxation diélectrique" des molécules d’eau. Ce phénomène génère de la chaleur par frottement des molécules d’eau entre elles (puisqu'elles ne sont plus en phase), qui est transmise aux différents constituants de la matière vivante, par conduction. Ce phénomène est à la base du fonctionnement du four à micro-ondes.

Absorption. Lorsque nous sommes exposés à un champ RF à 1 GHz, notre organisme absorbe 50% de l’onde. Les 50% restants sont réfléchis. L’absorption des RF est quantifiée par le débit d’absorption spécifique (DAS) exprimée en W/kg, qui représente la puissance absorbée par unité de masse de tissu, soit au niveau du corps entier, soit localement. Aucune augmentation de température stable n’est observée tant que le corps arrive à dissiper la chaleur par thermorégulation. Un effet thermique avéré, associé à une hyperthermie, est obtenu à partir d’un DAS de 4 W/kg en exposition corps entier et de 100W/kg en exposition locale. La réglementation autorise un DAS 50 fois inférieur à ces valeurs pour les configurations correspondantes, corps entier ou locale, afin de prévenir tout échauffement excessif des tissus. Le DAS est de 0,3W/kg environ pour un téléphone GSM en utilisation normale et cent fois plus faible avec un téléphone 3G, soit une valeur bien en dessous des 2W/kg autorisés [source].

Une des questions encore ouvertes concernant les effets possibles des ondes électromagnétiques sur la santé est relative à la distinction entre, d’une part, ceux qui seraient liés à l’énergie véhiculée par les rayonnements, indépendamment de la répartition temporelle avec laquelle cette énergie est transmise aux structures biologiques et, d’autre part, ceux qui seraient liés précisément à la structure temporelle des émissions, autrement dit à la modulation dans le temps des signaux.

Il a ainsi été suggéré que les modulations basse fréquence des signaux radiofréquences émis par un téléphone sans fil pourraient être démodulées par les tissus humains. Si cela arrivait, cela pourrait induire des interactions avec les ions des tissus et entraîner d’éventuelles conséquences biologiques. Cependant, il a été montré (1981) que les membranes cellulaires ne peuvent pas démoduler un signal dont la fréquence porteuse dépasse 10 MHz [source], ce qui a été confirmé (2010) à 900 MHz. Les cellules biologiques ne présenteraient donc pas de non-linéarités susceptibles de démoduler ces signaux basses fréquences. Les auteurs concluent, de façon quelque peu péremptoire, que « ceci écarte toute hypothèse d’interactions entre les ondes radiofréquences et les systèmes biologiques liées à de tels mécanismes de démodulation. Le téléphone mobile n’induit pas de risque athermique pour votre cerveau ». [source].

Modulation de fréquence

frequence-amplitude.gif

L'animation ci-contre illustre deux types de modulation spatiotemporelle d'un signal ondulatoire (noir) : en rouge, modulation d'amplitude (à fréquence constant) ; en bleu, modulation de fréquence (à amplitude constante).

Ainsi le signal qui est modulé représente également la modulation par une onde dans une repère cartésien : pour modulation d'amplitude (AM) l'ordonnée est alors l'amplitude, et pour la modulation de fréquence (FM) l'ordonnée est la fréquence.

Les modulations FM et AM sont des modes courants de modulation de la porteuse. Dans le domaine des télécommunications une porteuse, est une forme d'onde (généralement sinusoïdale) qui est modulée par un signal d'entrée dans le but de transporter des informations (autrement dit, une porteuse non modulée ne transporte pas d'information). La porteuse a généralement une fréquence beaucoup plus élevée que le signal d'entrée. L'intérêt de la porteuse est le plus souvent soit de transmettre une information à travers l'espace sous forme d'onde électromagnétique (radio, GSM, UMTS, Wifi,...), soit de permettre à plusieurs porteuses de fréquences différentes de partager un même support physique par multiplexage fréquentiel (comme dans le cas de la télévision par câble).

Mesures in vitro
https://philosophie.jortay.net/technologies#bioelectromagnetisme-invitro

Commençons par rappeler les différences entre matière d'expériences (mesures) sur des cellules :

  • in vivo : dans le corps de l'organisme vivant : situation idéale mais limitée par des contraintes techniques, biologique ou éthiques ;
  • ex vivo : sur une cellule extraite de l'organisme vivant, et placée dans un milieu de mesure (telle qu'une une cellule TEM) : permet de contourner certaines des limitations ci-dessus, mais avec l'inconvénient que le phénomène est influencé par le milieu de mesure ;
  • in vitro : sur des cellules cultivées, par exemple en boîte de Pétri : l'avantage, par rapport à la mesure ex vivo, est qu'ici le milieu de mesure est le milieu d'équilibre (mais un milieu artificiel).

Dans la section précédente nous avons vu que la réponse de la cellule à une impulsion EM dépend donc de plusieurs paramètres propres au signal d’excitation tels que la durée, la forme et l’amplitude de l’impulsion, mais également aux grandeurs caractéristiques de la cellule, telles que ses dimensions et ses propriétés physiques (permittivité diélectrique et conductivité électrique).

Les milieux biologiques ne sont pas des milieux purement diélectriques. Ils possèdent une certaine conductivité liée à la présence de charges, en particulier des ions. Ces ions jouent un rôle important d’un point de vue biologique. Leurs déplacements sous l’effet d’un champ électrique (caractérisé notamment par sa fréquence), sont soumis à des forces de frottement et à des contraintes dues à la structure des tissus. Ces phénomènes peuvent être mesurés notamment par les grandeurs suivantes :

  • la valeur d'un champ électrique E peut être exprimée en fonction de la différence de potentiel ΔV et de la distance Δl entre deux électrodes : E = ΔV / Δl (cf. /savoir-scientifique-base#potentiel-electrique).

  • les propriétés électriques des milieux biologiques sont caractérisées notamment par :
    • la permittivité ε (cf. /savoir-scientifique-base#Gauss-electricite) est une mesure de la polarisabilité électrique d'un diélectrique : un matériau à permittivité plus élevée se polarise davantage en réponse à un champ électrique, stockant ainsi plus d'énergie dans le matériau ;
    • la conductivité σ (cf. /savoir-scientifique-base#ohm) caractérise la capacité des matériaux à diffuser la chaleur, conduire l'électricité ou laisser passer un fluide, sous l'effet d'un gradient de température, de potentiel ou de pression.

L’interaction entre un rayonnement électromagnétique et la matière peut se traduire par une diffusion sans transfert d’énergie ni changement de fréquence (diffusion élastique) ou par un transfert au matériau de tout ou partie de l’énergie du REM. Dans ce dernier cas, une partie de l’énergie peut être diffusée avec diminution de fréquence liée à la perte d’énergie dans la matière (diffusion inélastique) et une partie est absorbée. La fraction absorbée peut avoir un éventuel effet biologique. Elle peut entrainer une transition énergétique et/ou un effet thermique.

Effets thermiques. Dans le cas de rayonnements énergétiques, tels les radiofréquences (RF), on interprète les effets thermiques comme le résultat de l’effet Joule dû à l’agitation des charges et des dipôles électriques.

Pour les fréquences extrêmement basses, les mouvements oscillants des charges de l’organisme, sous l’effet du champ électrique, sont très réduits, ce champ étant atténué très fortement quand il pénètre le corps (la peau faisant office de cage de Faraday). En revanche, le champ magnétique est très peu atténué et génère des courants induits. Ces courants sont quantifiés par l’intensité qui traverse une section donnée, grandeur appelée «densité de courant» et exprimée en ampère par mètre carré (A/m2).

Avant d'entrer dans le vif du sujet, évoquons d'abord les mesure in vivo c-à-d au niveau d'organismes vivant, comme par exemple la mesure des radiofréquences sur l'électroencéphalogramme d'un humain. Les progrès en matière d'imagerie médicale permettent de réaliser des mesures de plus en plus fines. L'intérêt des mesures in vitro réside notamment dans le fait de pouvoir effectuer des expérimentation sur la particules élémentaires des organismes vivants : la cellule biologique.

champ-invitro.jpg

La plupart des modèles biologiques de cellule (nous verrons les modèles informatiques dans la section suivante) sont basés sur une cellule en suspension aqueuse, placée entre deux électrodes auxquelles sont appliquées des impulsions.

Les valeurs de conductivité et de permittivité disponibles dans la littérature montrent que les tissus biologiques ont des propriétés très différentes des matériaux classiques du génie électrique. Leurs principales caractéristiques sont :

  • d'importantes variations de la conductivité et de la permittivité autour de certaines valeurs de fréquence (dues à divers phénomènes de #relaxation) ;
  • de très grandes valeurs de permittivité aux plus basses fréquences ;
  • de grandes différences de propriétés entre tissus aux niveaux microscopique (structures cellulaires) et macroscopique (organes).

Conductivité et permittivité de quelques tissus biologiques

bio-conductivite-permittivite.jpg

Source

Outre la fréquence, de nombreux paramètres physiques ou physiologiques peuvent modifier les propriétés électriques des milieux biologiques [source] :

  • le taux d’hydratation et d’irrigation ;
  • la température : par exemple, la passage de 25°C à 48°C du rein de porc peut modifier de 40 à 50% sa conductivité et sa permittivité à 460kHz. Une étude sur le sang humain pour des températures allant de 25°C à 45°C montre que la permittivité est peu sensible aux variations de température (+0.3%/°C à 1MHz, -0.3%/°C à 1GHz), et que la conductivité y est plus sensible (1%/°C entre 1MHz et 1 GHz) ;
  • l’état physiologique (taux d’hématocrite dans le sang par exemple) ;
  • l’âge du sujet : sur la plage de fréquences 130MHz-10GHz, des variations de 10 à 40% sur la conductivité et la permittivité du cerveau de rat sont observées entre un nouveau né et un sujet âgé de 70 jours.

Des études fournissent des valeurs de permittivité et de conductivité, pour différent types d'organes ou tissus, pour différentes marges de fréquences. Ces valeurs sont utiles notamment pour :

  • le monitoring de la croissance et de l’état de cultures de cellules;
  • la quantification de l’altération de tissus ayant subi certains traitements (irradiations);
  • la localisation de structures intra cérébrales;
  • la détection de tissus cancéreux.

Dans tous les cas, la méthode consiste à comparer les réponses électriques en fréquence de différents tissus pour identifier la présence de certains tissus (tumoraux par exemple) ou pour quantifier leur altération.

Caractéristiquesdes cellules biologiques

Rayon ou épaisseur (µm)PermittivitéConductivité (s/m)
Milieu extra-cellulaire67-800,14-1,2
Membrane plasmique0,005-0,0072-120-10-5
Cellule3-1060-800,13-1,2
Membrane organelle0,005-0,045-2310-9-10-2
Organelle0,5-580-1200,18-2

Source

Les valeurs de conductivité et de permittivité disponibles dans la littérature devraient être systématiquement accompagnées d’une analyse d’erreur, pour juger de la pertinence des résultats de toutes les études dans le domaine du bio-électromagnétisme.

Modélisations
https://philosophie.jortay.net/technologies#bioelectromagnetisme-modeles

L'image ci-dessous illustre le principe de base des mesures in vitro et de leur modélisation mathématique. Dans (a) sont représentés une cellule sans noyau (ou un noyau), dont sa membrane. La cellule est placée dans un champ formé par deux électrode polarisées. La partie (b) représente les milieux et leurs grandeurs électriques respectives. Enfin la partie (c) montre la baisse du potentiel au fur et à mesure que l'on se déplace dans le champ, phénomène lié à la résistance du conducteur (cf. /savoir-scientifique-base#ohm). NB : on suppose ici que les champs intra et extra-cellulaires sont identiques (on parle alors de "milieu cellulaire").

Le modèle de Debye permet d’exprimer la permittivité relative en fonction de la fréquence (plus exactement de la pulsation ω c-à-d la fréquence multipliée par 2π) :
εr(ω) = ε + ( εs - ε ) / ( 1 + j * ω * τ ) + σ / ( j * ω * ε0 )

εs : permittivité basse fréquence ;
s : permittivité haute fréquence ;
τs : temps de relaxation (temps au bout duquel le milieu se remet en état d’équilibre lorsque qu’il est soumis a une variation de champ électromagnétique ; à partir de cette grandeur, il est également possible de définir la fréquence de relaxation qui traduit la fréquence à partir de laquelle les dipôles présents dans le milieu ne parviennent plus a suivre les oscillations du champ auquel ils sont exposes) [source].

permittivite-frequence.jpg

Source p. 81.

Le graphique ci-contre distingue les parties réelle et imaginaire de cette permittivité relative. Les pertes dans le milieu sont associées à la partie imaginaire de cette grandeur. Deux phénomènes distincts apparaissent. Le premier est lié à la conductivité électrique du milieu et intervient sur la partie basse fréquence avec une variation en 1/ω. Le second est lié aux pertes diélectriques, c'est-à-dire à la dispersion représentée par le modèle de Debye, et passe par un maximum à une fréquence supérieure à 10 GHz. Ce phénomène commence à être significatif à des fréquences inférieures aux GHz. Cela signifie que dans la partie basse du spectre, c’est le comportement conducteur du milieu biologique qui prédomine, alors qu’en haute fréquence, le comportement est principalement diélectrique.

Au niveau de la membrane plasmique, le modèle de Schwan permet d’estimer le potentiel transmembranaire Ψ pour une cellule sphérique, induit par un champ E :
ΔΨm = f * E * R * cosθ
où :

  • R : le rayon de la cellule
  • θ : l’angle forme par le champ et le rayon qui passe par le point dont on souhaite déterminer le potentiel transmembranaire
  • f : le facteur qui tient compte des dimensions et des propriétés électriques de la cellule, telles que la permittivité et la conductivité du milieu extra σe, et intra cellulaire σi, et la conductivité de la membrane plasmique σm. Ainsi le potentiel induit est égal à 0.75 V pour une cellule de rayon 5 μm et un champ électrique appliqué de 1 kV/cm

Le rapport entre les conductivités des membranes et des milieux extra et intra cellulaires font que la membrane peut être vue comme une capacité. La variation temporelle du potentiel transmembranaire peut être exprimé par analogie au comportement d’une capacité sous la forme :
ΔΨm = 1,5 * E * R * cosθ * ( 1 - e-t/τm )
τm est le temps de charge de la membrane plasmique, il dépend des paramètres géométriques et électromagnétiques de la cellule dans son environnement [source].

Modèle
circuit

Une analogie peut ainsi être faite entre une capacité électrique et la membrane plasmique de la cellule séparant deux milieux conducteurs, correspondant au cytoplasme et au milieu de culture (représentés par des résistances). De nombreux modèles se basent donc sur cette analogie pour définir un circuit électrique équivalent d’une cellule sphérique dans le but de déterminer le potentiel transmembranaire induit par l’application d’un champ électrique.

Dans ce circuit, les membranes (plasmique et nucléaire) en situation de repos sont considérées comme purement diélectrique (σ=0), et la capacité des milieux (cytoplasme et nucléoplasme) est négligée.

La première hypothèse limite l'applicabilité du modèle de circuit à des durées courtes par rapport au temps de relaxation diélectrique de la membrane (produit de la résistivité et de la permittivité). La seconde hypothèse limite l'applicabilité du modèle à des durées longues par rapport au temps de relaxation diélectrique du cytoplasme et du nucléoplasme.

Étant donné les valeurs des propriétés électriques des cellules de mammifères, ces hypothèses limitent l'applicabilité du modèle-circuit circuit à une plage de durée d'impulsion d'un ordre de grandeur de la nanoseconde à des microsecondes, selon le type de cellule.

Si des champs électriques à courant continu ou des impulsions de longue durée (par rapport au temps de charge du condensateur formé par la membrane externe) sont appliqués, éventuellement seulement la membrane externe sera chargée. Le champ électrique généré à travers la membrane subcellulaire pendant la charge sera nul pour une membrane extérieure idéale et entièrement isolante. À l'opposé, pour les impulsions suffisamment courtes (de l'ordre de la microseconde pour les cellules humaines, typiquement les nanopulses), la membrane n’a pas le temps de se charger complètement et le champ électrique peut franchir la membrane plasmique et modifier le potentiel transmembranaire des organelles. Cet effet est d'autant plus fort que le temps de montée de l'impulsion est court. On appelle parfois « impulsions ultracourtes » les impulsions dont la durée est inférieure au temps de charge de la membrane plasmique.

Ce modèle électronique suggère que la membrane plasmique se comporterait comme un filtre passe bas (ne laisse passer que les fréquences inférieures à une certaine valeur), et la membrane nucléaire plutôt comme un filtre passe bande (ne laisse passer que les fréquences comprises entre deux valeurs).

Lorsque la membrane externe est chargée par des impulsions longues (multimicrosecondes), les temps de charge sont généralement suffisamment long pour que la différence de potentiel à travers la membrane interne puisse être négligée. Mais avec des impulsions courtes (submicrosecondes), on génère une rapide montée de voltage, tout en limitant l'effet sur la membrane externe. De plus, la plus faible énergie ainsi fournie à la solution (suspension ou tissus) réduit fortement l'effet thermique. Cela conduit à des application d'électroporation pour l'électrochimiothérapie. Il y a cependant des effets indésirables : les champs électriques extrêmement élevés, qui sont générés dans ces membranes, peuvent modifier la conformation des protéines liées à la membrane, endommager l'ADN, enclencher une apoptose [source].

La modification du potentiel transmembranaire des cellules peut entraîner une perméabilisassions des membranes (électroporation). Pour quantifier de façon théorique ces phénomènes, de création de pores ou de perméabilisassions, une approche consiste à définir une densité de pore. Cette dernière doit être dépendante de la variable temps et du potentiel transmembranaire. L’équation différentielle de Smoluchowski formule une phase de formation et d’expansion des pores, ainsi qu’une phase de réduction des pores [source].

Une façon simple de modéliser l'électroporation est de considérer un maillage composé de divers types de circuits :

  • milieux interne (Mi) et externes (Me) : capacité et résistance en parallèle ;
  • milieu membranaire (Mm) : prend en compte le potentiel et les canaux ioniques par la définition d’une source de tension (Vip) et une source de courant (Im(t)).
modele-electroporation.jpg

Réseau de circuits correspondant à un plan de coupe de cellule. Source

Des maillages de plus en plus complexes peuvent être modélisé pour approcher au mieux la forme de la cellule (cf. supra #Gauss-distribution-continue). Il en ressort que l’épaisseur de la membrane ne jouerait pas un rôle essentiel dans la valeur du potentiel, dans le cas où la membrane est purement diélectrique pour une géométrie de la cellule symétrique à un plan perpendiculaire au champ électrique.

Modèle
numérique

On considère une impulsion de l'ordre de la nanoseconde, de sorte que son spectre s'étend jusqu'à des fréquences de l'ordre du GHz. Ceci donne des longueurs d'onde de l'ordre de 30 cm dans l'air et quelques centimètres dans un milieu à forte permittivité. Les longueurs d'onde mises en jeu sont donc très grandes relativement aux dimensions des cellules. Il en résulte que les effets de propagation des ondes peuvent être négligés à l'échelle de la cellule, et le problème peut ainsi être considéré dans une approche quasi-statique. Cela ne signifie pas que l'on doit résoudre le problème avec une méthode purement électrostatique, mais qu'il est possible de découpler les variations spatiales des variations temporelles, négligeant ainsi les phénomènes de propagation. Du fait des petites dimensions de la cellule par rapport aux longueurs d’onde associées aux fréquences qui nous intéressent, cette approximation est valable jusqu’à des fréquences de 150 GHz, donc bien au-delà des spectres des impulsions considérées qui ne vont atteindre que quelques GHz.

Pour ce faire on peut appliquer une modélisation par système d'équations différentielles (Laplace, Poisson, Maxwell,...), dans une approche quasistatique basée sur les différences finies (pour une description de la méthode mathématique : source p. 96-105).

Le graphique suivant montre que le champ cellulaire est croissant, avec deux paliers. Le passage au premier palier est du à la nature non-diélectrique du milieu cellulaire (les ions présents dans les milieux biologiques apportent une conductivité au milieu cellulaire ⇒ σ > 0), mais qui ne fait sentir ses effet qu'en dessous d'une certaine fréquence. Le passage au second palier est lié au phénomène de "relaxation" du milieu ("dispersion diélectrique" ?) qui se traduit par la variation de la permittivité en fonction de la fréquence.

Pour le champ membranaire, on observe une dynamique inverse et des valeurs supérieures (ordre du MV/m contre kV/M pour le champ cellulaire).

Variation de la conductivité. Le graphique ci-dessous montre que plus la valeur de la conductivité électrique (σ) est grande, plus la transition entre le comportement conducteur (BF) et le comportement diélectrique (HF) est décalé vers les hautes fréquences. Le graphique montre cette fois la courbe inverse du potentiel transmembranaire (PTM), qui est décroissante comme la courbe précédente du milieu membranaire en vertu de E = ΔV / Δl (cf. /savoir-scientifique-base#potentiel-electrique).

PTM-conductivite.jpg

Source (p. 124)

Variation de la permittivité. Le graphique ci-dessous montre une différence entre les valeurs de champs et PTM obtenues pour des permittivités égales à 1 et 3 plus importante que pour 3 et 5, indiquant une plus forte influence des faibles valeurs de permittivité de la membrane. En effet l’influence de la membrane sur le milieu cellulaire est d’autant plus importante que sa permittivité est différente du milieu cellulaire. L’augmentation de la permittivité de la membrane cellulaire induit une variation des grandeurs caractéristiques sur l’ensemble de domaine fréquentiel étudié à l’exception des BF (<1 MHz).

PTM-permittivite.jpg

Source (p. 124)

Variation de l'épaisseur. Le graphique ci-dessous montre une logique inverse de la précédente (ce qui est intuitif) : une plus forte influence des faibles épaisseurs.

Enfin il apparaît que le diamètre de la cellule est sans effet. Retenons donc que l’augmentation de l’épaisseur de la membrane entraîne une augmentation du PTM , et à l’opposé, lorsque la permittivité de la membrane augmente le PTM diminue (et cette modification est d’autant plus importante que la valeur de permittivité est différente du milieu cellulaire).

PTM-epaisseur.jpg

Source (p. 124)

Variation de la distance. Le graphique ci-dessous illustre l’influence de la cellule sur le milieu cellulaire : plus la distance inter-électrode est grande devant les dimensions de la cellule, plus son influence sur le milieu est faible. Concernant le lien entre le champ global, imposé par le couple applicateur-impulsion, et le champ local au voisinage de la cellule : la distance inter-électrode modifie les valeurs de champ au voisinage de la cellule, malgré un champ global identique. Les réponses de la cellule et de l’environnement s'avèrent différentes d’une configuration à l’autre. Par conséquent lors des expérimentations biologiques, bien que maîtrisant l’impulsion électrique apportée à l’applicateur, les valeurs de champ au voisinage de la cellule ne sont pas connues.

PTM-distance.jpg

Source (p. 142)

Les modèles informatiques de cellule eucaryote peuvent être simplifiés comme dans l'image suivante : une cellule sphérique contenant une organelle également sphérique, et centrée. On distingue alors milieu externe, membrane plasmique, cytoplasme, membrane organelle, intérieur organelle, chacun de ses éléments étant caractérisé par des valeurs électromagnétiques (conductivité et permittivité) et géométriques (épaisseurs des membranes, rayon des deux sphères).

modele-cellule.jpg

La membrane plasmique se comporte comme un filtre. En basse fréquence (BF < 1 MHz), la membrane empêche le champ de pénétrer à l’intérieur de la cellule, induisant de fortes valeurs de PTMplasm et des valeurs nulles de PTMorg. À mesure que la fréquence augmente le champ pénètre d’avantage dans la cellule, le PTMplasm en est alors diminué et au contraire le PTMorg augmente.

La membrane de l’organelle présente quant à elle un comportement plutôt "passe bande".

PTM-organelle.jpg

Source (p. 163)

Le graphique ci-dessous illustre l'effet de la perméabilité de la membrane plasmique sur le PTMorg. Les lignes de champ pénètrent dans la cellule par les ouvertures créées dans la membrane, augmentant ainsi le champ intracellulaire. Deux situations se présentent alors : (i) l'impulsion est insuffisante (BF) pour pénétrer l'organelle ⇒ le PTMorg augmente ; (ii) l'impulsion est suffisamment forte (HF) pour pénétrer l'organelle ⇒ le PTMorg est inchangé.

PTM-trous.jpg

Source (p. 172)

Il existe donc deux façons d’atteindre les organelles des cellules avec les impulsions de champ électriques, soit après électroporation de la membrane plasmique, soit à l’aide d'impulsion très courte.

Si l'on exprime le PTM du graphique précédent en fonction du temps on obtient le graphique suivant.

PTM-temps.jpg

Source (p. 179)

Le graphique ci-dessous illustre le cas d'une impulsion cent fois plus courte. On voit ainsi que le domaine fréquentiel de l’impulsion est d’autant plus important que la durée et les temps de montée de l’impulsion sont courts. D'autre part les valeurs de PTMorg sont ici plus importantes que celle de la membrane plasmique PTMplasm. Par conséquent, les impulsions très courtes peuvent induire des phénomènes intracellulaires importants.

PTM-impuls-courte.jpg

Source (p. 182)

Pour ce qui est du champ dans les membranes, le phénomène inverse est observé. Ceci s’explique par la forte différence d’épaisseur entre les deux membranes (cellule = 40 nm ; organelle : 120 nm).

N.B. Le modèle de cellule considéré ici, présente des membranes plus épaisses que dans la réalité (cellule = 5-7 nm ; organelle : 30-40 nm). Ceci explique le fait que les valeurs de PTM dépassent de façon importante la valeur seuil caractéristique de 1V, qui correspond au PTM au-delà duquel le phénomène d’électroporation est observé en expérimentation.

Effets thermiques des CEM

https://philosophie.jortay.net/technologies#CEM-effets-thermiques

L’échauffement diélectrique des tissus sous l'effet des RF est bien connu depuis le début du siècle [source]. Les technologies émettant des champs de RF font l'objet de recommandations en matière de seuils d'émission ou d'exposition (cf. supra #champ-cellule-problematique).

Depuis le début du siècle la plupart des études concernant les effets biologiques induits par les champs RF ont été réalisées à des D.A.S. de faible niveau, c'est-à-dire au-dessous du seuil critique de l’effet thermique (4 Watts / kg). Différents mécanismes physiques ont été proposés qui pouvaient potentiellement servir de base aux effets non thermiques des champs RF, mais les résultats sont contradictoires. Dans la gamme des GHz il a seulement été suggéré que les champs RF de faible niveau puissent induire des effets biologiques via des changements localisés de température qui ne pourraient être détectés qu'au niveau moléculaire [source]. La question des effets thermiques possibles des champs RF pourrait donc être revue en considérant, au niveau moléculaire, la sensibilité à la température des systèmes biologiques.

Chez les mammifères, certains canaux ioniques nommés TRP (qui signifie "potentiel de récepteur transitoire") présentent, dans les membranes plasmiques des cellules, une sensibilité extrêmement importante à la température [source]. Les "thermo-TRP" sont des capteurs polymodaux répondant à une large gamme de stimuli physiques et chimiques, tels que la tension transmembranaire, les ligands, l’acidité et donc la température. Ces protéines constituent des canaux cationiques non sélectifs, avec une préférence pour le calcium. Les protéines TRP jouent un rôle dans diverses fonctions dans l’organisme, comme notamment le contrôle de la circulation sanguine, la régulation de l’homéostasie du calcium intracellulaire et son transport, l’orientation neuronale, la prolifération et la différenciation cellulaire [source]. Selon le type de canal TRP le seuil d'ouverture va de 5° à 50°, et dans d'autre cas c'est la variation de température qui déclenche l'ouverture. Les canaux TRPV1 (30° à 50°) sont exprimés, en particulier, sur des terminaisons nerveuses de fibres sensorielles lentes dans de nombreux tissus comme la peau et le cerveau. Or, ces tissus sont particulièrement exposés aux RF, de par l’utilisation des téléphones portables par exemple. [source].

La problématique de recherche dans ce domaine est complexe. Il s'agit notamment de déterminer si seule l’augmentation de température provoquée par l’exposition aux RF est susceptible d’activer ces canaux, ou s’il existe un effet spécifique des radiofréquences conduisant à une modulation de l’activité de ces canaux. Une étude suggère que la chaleur produite par l'exposition aux RF active TRPV1, mais que cette activation disparaît si la température est maintenue constante [source].

La sensation de brûlure opère via le canal TRPV1, par activation de la capsaïcine, avec un seuil thermique de ≥42°C [source]. Or ce seuil est abaissé vers des niveaux plus physiologiques (32-37°C) dans plusieurs conditions expérimentales, dont la dépolarisation cellulaire (mais aussi la présence d'agonistes, de cations divalents ou de faibles pH) [source].

Effets athermiques des CEM

https://philosophie.jortay.net/technologies#CEM-effets-athermiques
 9.4.1. Typologie
 9.4.2. Électroporation
 9.4.3. Oxydation
 9.4.4. Autres effets athermiques
Typologie
https://philosophie.jortay.net/technologies#CEM-pathologie-typologie

En fonction de la longueur d’onde, de l’intensité du champ (liée notamment à la distance de la source d'émission), du type de modulation ou encore de la durée d'exposition, il existe un très grand nombre de types d’interaction pour des effets très variés, dont certains à éviter et d’autre à rechercher.

  • Ainsi chez les animaux et dans les cellules, le stress oxydatif provoqué par une substance chimique a été réduit par une exposition ultérieure aux CEM-HF.
  • Les effets nuisibles ne concernent pas que les organismes vivants mais potentiellement tout appareil électronique. Ainsi par exemple les champs électromagnétiques pourraient également perturber le bon fonctionnement d’implants médicaux tels que les pacemakers.

On peut distinguer au moins trois domaines de risques ou pathologies liés aux CEM. Nous les classons ici en ordre croissant d'incertitude :

  1. l'hypersensibilité électromagnétique (EHS) : maux de tête, difficultés de concentration, perte de mémoire, insomnie, dépression, fatigue, symptômes grippaux ... ;
    • La plupart de ces symptômes se retrouvent dans la maladie d'Alzheimer, ou encore le "covid long".
    • Sensibilité individuelle : soumises à une même exposition aux RF, certaines personnes peuvent présenter des troubles cliniques, et d'autres pas.
  2. les maladies pour lesquelles l'exposition à long-terme à certains CEM constitue un facteur de risque : certains cancers [source], maladie d'Alzheimer, ...
  3. il existe également des craintes concernant les effets sur la fertilité et le développement des fœtus, car les organismes et les cellules en développement sont particulièrement sensibles aux facteurs de stress externes.

    Les effets des CEM sur la reproduction ont été étudiés dans les organes reproducteurs mâles et dans les spermatozoïdes et leurs précurseurs. En outre, les mères ont été exposées aux CEM pour étudier les éventuelles altérations survenues aux stades précoces et tardifs de la grossesse et chez la progéniture. De nombreuses zones d'ombres subsistent, notamment en raison d'un nombre insuffisant d'études in vivo à long terme sur des humains (la plupart des études étant in vitro, à court terme sur des cellules animales).

Ces pathologies peuvent être causées par des CEM via deux types d'effets :

  • effet thermique : dans le cas de rayonnements énergétiques, tels les radiofréquences (RF), on interprète les effets thermiques comme le résultat de l’effet Joule dû à l’agitation des charges et des dipôles électriques.

  • effets athermiques : par exemple l'application d'impulsions de champ électrique peut, sous certaines conditions, modifier la perméabilité de la membrane cellulaire ("électroporation"), et ouvrir ainsi la porte à l'oxydation et/ou phosphorylation des cellules.

    Les modifications d’enregistrements encéphalographiques observées chez l'homme sous une exposition aux radiofréquences sont-elles causées par le même phénomène [source].

Une étude de 2008 suggère que l'exposition aux RF dans la gamme des GHz ne peut pas altérer le potentiel de la membrane comme le fait l'exposition aux basses fréquences [source].

Électroporation
https://philosophie.jortay.net/technologies#electroporation

La réponse de la cellule lors d’une exposition à un champ nanoseconde de très forte amplitude se traduit dans un premier temps par l’augmentation du potentiel transmembranaire (PTM, différence des potentiels de part et d’autre de la membrane) de la membrane plasmique et/ou des membranes internes. Ce PTM induit par l’impulsion EM se rajoute au potentiel de repos de la membrane, et au-delà d’un certain seuil ce PTM total peut entraîner le phénomène de perméabilisation.

Dans la section précédente nous avons vu que la présence de charges électriques de part et d'autre des membranes plasmiques implique l'existence d'un potentiel électrique transmembranaire (potentiel de repos de la membrane cellulaire), qui vaut quelques dizaines de millivolts à quelques centaines de millivolts suivant le type de membrane et de cellule considérés. A ce potentiel est associé un champ électrique dont l'amplitude est proportionnelle au rapport entre la différence de potentiel et l'épaisseur de la membrane (quelques nanomètres). Sous l’effet d’un champ électrique appliqué à la cellule, un déplacement de charges s’effectue de part et d’autre de la membrane. L’accumulation de ces charges crée alors un potentiel qui vient se rajouter au potentiel de repos de la membrane cellulaire.

Lorsque ce potentiel dépasse un certain seuil (Vseuil), qui se situe à 200 mV [source], la force d’électro-compression qui s’exerce sur la membrane plasmique entraîne un réarrangement de la structure membranaire engendrant l'apparition de pores au travers de la membrane plasmique. La dynamique de formation des pores serait de de quelques nanosecondes pour des tailles de pores de quelques nanomètres [source p. 194]. Au delà d'une certaine valeur critique de potentiel (Vcr), ce phénomène connu sous le nom d'électroperméabilisation ou d'électroporation, devient irréversible (mort de la cellule). Il a été constaté notamment dans les conditions expérimentales suivantes : 8 impulsions de 1,5 kV/cm avec une durée d'impulsion de 100 µs et à une fréquence de 1 Hz, sur monocytes humains THP-1 [source].

La thérapie par champ électrique pulsé est une procédure utilisant des impulsions électriques intenses mais courtes, qui provoquent en fonction de leur durée et de leur intensité, soit une perméabilisation réversible ou irréversible des cellules exposées, soit une déstabilisation des membranes et des composants intracellulaires. Les impulsions typiques utilisées vont d'une dizaine de microsecondes avec des amplitudes de quelques kilovolts par centimètre, à des impulsions de quelques nanosecondes, voir même picosecondes, mais nécessitant des champs de plusieurs dizaines de kilovolts par centimètre. Il est très important de souligner que ces différentes techniques n'entraînent aucun effet thermique.

Dans tous les cas, il est nécessaire d'appliquer les champs électriques pulsés à l'aide d'électrodes. Ceci peut ne pas être un problème majeur pour les tumeurs solides qui ne sont pas trop profondément enfouies comme les mélanomes ou les tumeurs du sein. Toutefois, le traitement peut être fortement invasif dans le cas de cancers touchant des organes internes. D'autres technologies de focalisation de l'énergie au niveau de la tumeur se développent, comme par exemple des antennes à large bande, ou encore des trains d'onde radiofréquence, qui pourront se substituer aux électrodes de contact, pour délivrer de manière propagative les champs électromagnétiques dans un tissu avec une résolution spatiale dans la gamme des centimètres [source].

Le phénomène est d'autant plus complexe que :

  • les valeurs de Vseuil et Vcr varient d’une cellule à l’autre du fait de leurs différences de fonction, de composition, de structure et de dimension ;
  • la modification de la perméabilité et la création de ces pores dans la membrane dépendent d’une part de la durée ainsi que de l’amplitude du champ électrique appliqué et d’autre part des caractéristiques de la cellule ;
  • la modification du potentiel transmembranaire et les effets qui en découlent dépendent de la durée et de l’amplitude des champs électriques appliqués. [source]
Effets

Un effet dérivé de l'électroporation est l'externalisation de phosphatidylserine, un phospholipide qui constitue la membrane plasmique. Or cette externalisation de la phosphatidylserine dans l’environnement extracellulaire signale la détresse de la cellule et exprime la nécessité de la phagocyter et donc de l’éliminer de l’organisme. Cette mort programmée de la cellule s’appelle l’apoptose.

L’apoptose est la mort programmée de la cellule. En temps normal, ce phénomène intervient dans des procédés physiologiques et pathologiques. En effet, il joue un rôle important dans le renouvellement de tissus tels que la peau mais il peut être également à l’origine de pathologies telles que les cancers et les maladies neuro-dégénératives (Alzheimer, Parkinson).

La cause, ou une des causes, de cette externalisation est le dégagement intracellulaire de calcium sous l'effet d'un champ électromagnétique. Or l’externalisation de la phosphatidylserine est normalement régulée par une enzyme sensible au calcium. L’augmentation de la concentration en ions calcium dans le milieu intracellulaire en réponse à des champs peut s’expliquer par deux phénomènes : (i) la pénétration des ions calcium du milieu extracellulaire vers le milieu intracellulaire ; (ii) la libération d'ions calcium par les organelles présentes dans le milieu intracellulaire, notamment le réticulum endoplasmique et les mitochondries.

Cette apoptose induite par champ peut intervenir suite à l’exposition à une impulsion nanoseconde de très forte amplitude sous condition que l’impulsion soit suffisamment courte, et que l’amplitude soit supérieure à un seuil défini par le type de cellule exposé. En outre la réaction biologique diffère d’une cellule à l’autre ... [source].

Oxydation
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De nombreuses études ont examiné l’influence de l’exposition au rayonnement sur la formation de dérivés réactifs de l’oxygène (DRO), marqueurs du stress oxydatif, et les modifications des mécanismes de protection contrecarrant celui-ci. Les effets ont été étudiés sur le sang le système immunitaire, le système nerveux, les capacités cognitives ou encore la reproduction.

Reproduction. L’influence sur la fertilité et le développement des fœtus est une question importante, les organismes et les cellules en développement étant particulièrement sensibles aux facteurs de stress externes. Les effets des CEM sur la reproduction ont été étudiés dans les organes reproducteurs mâles et dans les spermatozoïdes et leurs précurseurs. En outre, les mères ont été exposées aux CEM pour étudier les éventuelles altérations survenues aux stades précoces et tardifs de la grossesse et chez la progéniture.

Stress
oxydatif

Par "stress oxydatif" de cellules on entend le fait que les fonctions de régulation de l'équilibre oxydatif (encore appelé équilibre "redox", pour "oxydation-réduction") deviennent déficients. Nous étudions ici le cas de stress induits par l'action de champs électromagnétiques.

Rappelons que les réactions chimiques d’oxydation et de réduction constituent le fondement des processus biologiques et de la vie elle-même. Les dérivés (ou espèces) réactifs de l'oxygène (DRO), ainsi que les dérivés réactifs de l'azote (DRA), sont impliquées dans de nombreux processus biologiques. Mais dans certaines conditions, ils peuvent présenter un danger pour le matériel biologique et la physiologie des cellules. Les mécanismes de protection, tels que les antioxydants et les enzymes antioxydantes, maintiennent les concentrations physiologiques de DRO dans les cellules, tandis que les stimuli externes et internes affectent la quantité de ROS en modifiant l'activité des enzymes impliquées dans la formation et la dégradation des DRO. Par exemple, un besoin énergétique accru lors d'une activité physique conduit à un état temporaire de stress oxydatif, et de nombreux facteurs de risque environnementaux tels que les rayonnements ionisants dans la lumière ultraviolette (UV) ou le spectre de radioactivité agissent en partie via la formation de ROS. Les niveaux physiopathologiques de ROS interfèrent avec de nombreux processus et fonctions cellulaires vitaux, tels que l'inflammation, la prolifération et la différenciation cellulaires, la cicatrisation, l'activité neuronale, la reproduction et le comportement, en modifiant les processus biochimiques et de signalisation ou même en entraînant des dommages oxydatifs à l'ADN, l'ARN et les protéines ou à la peroxydation des acides gras [source].

Équilibre redox. Il importe, pour la fonctionnalité des cellules et de l’organisme, que les molécules réductrices et oxydantes soient à peu près en équilibre. C’est ce qu’on appelle l’équilibre redox, dont l’état est contrôlé et maintenu par des capteurs, des voies de signalisation cellulaires et des mécanismes antioxydants protecteurs. Par conséquent, les changements temporels de la formation de DRO dans les cellules cérébrales n'entraînent pas nécessairement des effets négatifs pour la santé.

Le maintien des concentrations de ROS à un niveau tolérable est obtenu grâce à l'action coopérative des antioxydants et des mécanismes de protection enzymatique, contrôlés par la voie NRF2-KEAP1, le régulateur clé de l'état oxydatif et de la détoxification xénobiotique. Par exemple, la provitamine A, les vitamines C et E et le glutathion (GSH) agissent comme antioxydants [source].

Lorsque cet équilibre est perturbé par une hausse des processus oxydatifs on parle de stress oxydatif. Si cet état persiste durant une longue période ou se produit de manière répétée, il peut entraîner des modifications de la matière biologique et des troubles fonctionnels préjudiciables pour la santé. La présence accrue des biomarqueurs du stress oxydatif intervient comme cause ou conséquence dans de nombreux tableaux cliniques concernant par exemple le cancer, le diabète, les malformations congénitales ou les maladies neurodégénératives. Des altérations de la production de DRO et des réductions de la contre-régulation antioxydante se produisent également dans les processus de vieillissement.

Durée. Des lésions pouvant avoir une incidence sur la santé ne se produisent que si l’équilibre oxydatif est perturbé de manière permanente et/ou répétée sur une longue période. Si tel est le cas, divers processus physiologiques tels que la prolifération cellulaire, la différenciation et l’activité neuronales de même que la réponse immunitaire et les processus de développement peuvent être affectés.

En relation avec des périodes d’exposition plus longues sur des semaines ou des mois, ne serait-ce que de quelques heures par jour, une augmentation de l’occurrence des DRO, une surcharge et un épuisement des mécanismes de protection antioxydants et des dommages à l'ADN ont été signalés pour les CEM à diverses fréquences et doses (taux d’absorption spécifique ou TAS), même pour des valeurs de TAS inférieures aux valeurs limites. Selon le type de fréquence et de symptômes, ceux-ci ne disparaissent pas toujours après la fin de l’exposition aux CEM.

Focus sur
les DRO

Le stress oxydatif apparaît principalement lorsque la quantité de DRO dépasse la capacité de neutralisation. En plus des radicaux superoxyde (.O2-) et hydroxyle (.OH) à courte durée de vie, les DRO concernés sont notamment le peroxyde d’hydrogène (H2O2) et l’oxygène singulet (1O2) ainsi que des composés organiques [source1, source2].

N.B. Le peroxyde d’hydrogène est nécessaire au processus de cicatrisation des plaies ou à la formation correcte des structures protéiques. Il importe donc que les concentrations en DRO soient maintenues à un niveau tolérable, ce qui est réalisé avec le concours d’antioxydants et de mécanismes de protection enzymatique.

Les mitochondries, source essentielle de DRO, sont des organelles cellulaires présentes dans toutes les cellules qui jouent un rôle central dans l’approvisionnement en énergie de ces dernières au point d’être souvent décrites comme les « centrales énergétiques des cellules ». On estime que dans la chaîne respiratoire mitochondriale, 2 % de l’oxygène consommé par la respiration ne sont pas convertis en eau, mais en radical superoxyde. Le stress oxydatif conduit à la destruction de mitochondries, de microfilaments et de protéines, qui perdent ainsi leur fonction par le processus d’oxydation, ce qui entraîne une altération de la fonction de certains processus métaboliques.

À côté des DRO, des molécules azotées réactives jouent également un rôle dans les cellules immunitaires ainsi que dans de nombreux autres types de cellules. Il s’agit du monoxyde d’azote gazeux sous forme de radical libre (.NO). Le NO lui-même constitue une importante substance messagère de courte durée de vie intervenant dans la régulation de la circulation sanguine par la vasodilatation, dans les fonctions neuronales et dans la défense immunitaire. En concentrations normales il n’est pas cytotoxique en soi ; toutefois il peut réagir spontanément avec le superoxyde pour former du peroxynitrite hautement réactif, ce qui peut entraîner des lésions à l’ADN et aux protéines, et il peut aussi intervenir, par exemple, dans les mécanismes de défense contre les infections des macrophages. [source].

Antioxydants

La provitamine A, les vitamines B et C ou le glutathion agissent comme antioxydants. Les radicaux superoxydes (.O2-) sont immédiatement convertis en peroxyde d’hydrogène par les superoxydes dismutases. Cette famille d’enzymes constitue donc la première ligne de défense antioxydante dans l’élimination de ce sous-produit du métabolisme de l’oxygène ou des DRO produits dans les cellules immunitaires. Avec le concours d’ions métalliques, elles convertissent les radicaux superoxyde en peroxyde d’hydrogène (H2O2) moins réactif. Les superoxydes dismutases se présentent sous diverses variantes dans la plupart des organismes vivants et des types de cellules, et agissent non seulement dans le cytoplasme et les mitochondries, mais également en dehors des cellules.

D'autre part la catalase-peroxydase joue un rôle clé dans le système de défense antioxydant de nombreux organismes vivants. Elle décompose le H2O2 en eau et en oxygène et le neutralise ainsi. Elle régule également les cascades de signalisation médiées par les cytokines et se présentent sous forme d'enzymes antioxydantes dans les mitochondries et dans les globules rouges.

Prédispositions

Âge. Les individus âgés étant moins capables de compenser la formation accrue de DRO en raison de leurs capacités antioxydantes réduites (notamment dans le cerveau), les processus de régulation s'épuisent plus rapidement que chez les jeunes. Cependant, les très jeunes individus, immédiatement après la naissance, ne sont pas non plus en mesure de compenser entièrement le stress oxydatif, les mécanismes de protection antioxydante n’étant pas entièrement développés dans les premiers jours ou les premières semaines de la vie, selon les espèces.

Il existe des indications selon lesquelles les effets des CEM-HF sur le système lymphoïde dépendent également de l’âge. Les très jeunes animaux ne pouvaient pas compenser le stress oxydatif, même après une phase de rétablissement, contrairement aux animaux plus âgés dont le développement du système de protection antioxydant était complet.

Pathologies. Prédispositions tels que des lésions cérébrales dégénératives (maladie d’Alzheimer).

Conclusion

  1. Effets. La majorité des études (*) révèlent une augmentation du stress oxydatif causé par RF-EMF et ELF-MF ont été rapportées dans la majorité des études animales et dans plus de la moitié des études cellulaires. Il existe des preuves cohérentes d'un stress oxydatif survenant après une exposition de rats et souris aux RF-EMF, dans le cerveau, cœur, foi, reins, ovaires et testicules. En particulier [source] :

    • sur le système nerveux :
      • dommages à l'ADN neuronal ;
      • diminution des capacités cognitives ;
    • sur le système immunitaire : il semblerait que les capacités adaptatives du système immunitaire ne soit pas altérées par l'exposition aux CEM.
    • sur le système reproductif :
      • mâle : atteinte fonctionnelle et morphologique des testicules et des spermatozoïdes  ;
      • femelle : implantation réduite de blastocystes  ;
  2. Réponse adaptative. Dans certaines conditions les organismes et les cellules sont capables de réagir au stress oxydatif : après un certain temps d'exposition l'équilibre redox est rétabli malgré la persistance de l'exposition (notion de "réponse adaptative" sous l'action d'agents tels que superoxyde dismutase, catalase, Glutathion).

    (*) Les études concernent les gammes de fréquences pertinentes sur le plan environnemental et technologique : champs magnétiques à très basse fréquence (ELF-MF) typiques des lignes électriques à courant alternatif (AC) 50/60 Hz, et champs électromagnétiques radiofréquences (RF-EMF) dans la gamme de fréquences de 800 MHz à 2,5 GHz tel qu'utilisé pour les systèmes de communication mobiles actuels. Il s'agit principalement d'études expérimentales chez l'animal et de cellules en cultures ou primaires.

  3. Facteurs aggravants. Les conditions défavorables, telles que les maladies (diabète, maladies neurodégénératives), compromettent les mécanismes de défense du corps, y compris les mécanismes de protection antioxydante, et les personnes atteintes de telles conditions préexistantes sont plus susceptibles de subir des effets sur la santé. D'autre part Les études montrent que les individus très jeunes ou âgés peuvent réagir moins efficacement au stress oxydatif (les premiers parce que leur système immunitaire est encore insuffisamment développé, les seconds parce qu'il est moins efficace), ce qui s'applique bien sûr également à d'autres facteurs de stress à l'origine du stress oxydatif.

La quasi totalité des expérimentations portent sur des périodes de tout au plus quelques mois, alors que les humains nés après 2000 y sont exposés quasiment en permanence aux RF (et dès leur conception) ...

Autres effets athermiques
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Jonctions intercellulaires. En 2009, différents travaux suggéraient que des champs EBF pouvaient moduler l'activité de diverses enzymes, et notamment l’activité de la protéine kinase C (PKC). Les protéines PKC sont impliquées dans le contrôle de la fonction d'autres protéines via la phosphorylation des groupes hydroxyle des résidus sérine et thréonine, jouant, de fait, un rôle important dans plusieurs cascades de transduction dus ignal. La PKC est connue notamment pour phosphoryler les connexines, ce qui conduit à la régulation négative des jonctions intercellulaires. Plusieurs études montraient par ailleurs qu'une exposition à des champs 50 Hz sur une durée de 24 heures induisait une régulation négative des jonctions communicantes sur différentes lignées cellulaires, en entraîant une dérégulation des connexines via un processus PKC-dépendant. Ces résultats semblaient solidement étayés par des expériences montrant, en accord avec le modèle de Litovitz, que l'addition de bruit magnétique entraînait la disparition de l’effet du 50Hz sur les jonctions communicantes. Ces résultats suggéraient que les champs magnétiques 50 Hz pouvaient agir comme promoteurs ou co-promoteurs de cancer [source].

Cependant d'autres études livrent des résultats contradictoire, probablement en raison de différences inconnues dans le matériel et les procédures de laboratoire ou des facteurs génétiques et physiologiques non spécifiés. D'autre études devront confirmer l'un ou l'autre de ces résultats.

Effet génétiques. L’exposition aux RF entraînerait une diminution de l’expression de gènes codant pour des médiateurs pro inflammatoires dans le cortex dorso‐médian des ratons ou de rats adultes ayant reçu une injection d'un inflammatoire (en l'occurrence du lipopolysaccharide). Chez les rats adultes, cette modulation de l’expression génique va de pair avec des modifications du niveau de phosphorylation de récepteurs glutamatergiques et de la morphologie des cellules microgliales du cortex. En particulier, l’exposition aux RF se traduit par un accroissement de la longueur des prolongements microgliaux. Ces effets des RF sont statistiquement significatifs 24 h après exposition chez les animaux prétraités au LPS, puis ils disparaissent et ne sont plus détectables 72 h après les expositions. De plus, ils ne sont pas observés chez des rats exposés au RF en l’absence de traitement préalable par le LPS (absence d’état neuroinflammatoire au moment de l’exposition) [source].

Effets bénéfiques ?. L'analyse d'éventuels effets bénéfiques des CEM, en l'occurrence des champs électromagnétiques pulsé (CEMP), constitue une très intéressante approche "en creux" de possibles effets indésirables. Elle révèle également le poids des croyances et du business qui les exploitent généralement.

Exploitant voire créant la croyance dans d'éventuels effets thérapeutiques des CEMP pour atténuer les inflammations et la douleur ou encore stimuler la réparation des tissus et le tonus vasomoteur, des entreprises se sont empressées de proposer des appareils de traitement par CEMP, cela dès le 19° siècle.

Cependant il apparaît que ces "technologies médicales" – supposées agir via la modulation des niveaux de calcium et d'oxyde nitrique dans les tissus, et reposant sur des protocoles de traitement variés pour différentes indications – n'ont pas de base scientifique solide. Il existe étonnamment peu de preuves solides montrant des avantages cliniques significatifs de ces technologies [source].

Il convient également de noter que la plupart des études sur les dispositifs CEMP chez les patients humains et animaux ont trouvé peu ou pas d'effets indésirables. Bien que cela soit rassurant, cela remet également en question l'efficacité réelle de ces appareils. Les traitements médicaux avec des avantages importants et spectaculaires qui n'ont pas d'effets secondaires significatifs sont extrêmement rares. Il est plus fréquent de constater que l'absence d'effets indésirables indique l'absence de tout effet clinique significatif. On ne peut cependant en déduire l'innocuité des CEMP : celles-ci sont d'ailleurs utilisées comme moyen de destruction de cellules cancéreuses.

5G

https://philosophie.jortay.net/technologies#CEM-xG

Les études concernant la 5G sont grevées de sérieuses limitations :

  • les tests de laboratoire ont été effectués principalement sur des animaux (en particulier des rats et des souris), ce qui pose la question de l'extrapolation des résultats aux êtres humains ;
  • Le signal EMF entrant de la plupart des tests de laboratoire consiste en la seule fréquence d'onde porteuse, c-à-d sans prise en compte du signal superposé de fréquence inférieure contenant les informations ;
  • les tests de laboratoire n'impliquent généralement qu'un seul facteur de stress (stimulus toxique), alors que dans la vie réelle les humains sont exposés à de multiples stimuli toxiques, en parallèle ou en série dans le temps.

Les effets indésirables potentiels de la 5G découlent de la nature intrinsèque du rayonnement et de son interaction avec les tissus et les structures cibles. La technologie 4G est principalement associée à des fréquences porteuses dans la gamme ∼1-2,5GHz, ce qui correspond à une longueur d'onde de 30 cm (pour 1GHz), et une profondeur de pénétration de quelques centimètres dans les tissus humains. Dans son mode le plus performant (bande haute), la technologie de réseau 5G est principalement associée à des fréquences porteuses d'au moins un ordre de grandeur supérieur aux fréquences 4G, ce qui correspond à une profondeur de pénétration de l'ordre de quelques millimètres. A ces longueurs d'onde, on peut s'attendre à des phénomènes de résonance avec des structures humaines à petite échelle. De plus, des simulations numériques de résonances de rayonnement à ondes millimétriques avec des insectes ont montré une augmentation générale de la puissance RF absorbée à et au-dessus de 6 GHz, par rapport à la puissance RF absorbée inférieure à 6 GHz. Un déplacement de 10 % de la densité de puissance incidente vers des fréquences supérieures à 6 GHz devrait entraîner une augmentation de la puissance absorbée comprise entre 3 et 370 %. [source].

Un argument souvent avancé est que, s'il y a des impacts négatifs résultant de la bande haute 5G, les principaux impacts seraient "limités" à des affections cutanées telles que cancer de la peau, cataractes. Cependant, il existe des preuves que des réponses biologiques à l'irradiation par ondes millimétriques peuvent être initiées au niveau cutané, et entraîner des effets physiologiques sur le système nerveux, le cœur et le système immunitaire [source].

Lorsque, en étudiant les effets du rayonnement sans fil, on prend simultanément en compte les facteurs de la vie réelle que sont la fréquence porteuse, le contenu informationnel des signaux, et d'autres stimuli toxiques, les effets néfastes sont considérablement accrus. Beaucoup plus de recherches et de tests sur les effets potentiels de la 5G sur la santé dans des conditions réelles sont nécessaires avant qu'un déploiement supplémentaire puisse être justifié.

Bilan

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Dès les années 1970 des études apparaissent concernant les effets pathologiques des CEM, notamment sur le sang, le système immunitaire, le système nerveux, les capacités cognitives ou encore la reproduction. Avec l'apparition de la téléphonie mobile et d'Internet durant les années 1990, le nombre des études va considérablement augmenter, mais le nombre d'études confirmant des effets nuisibles substantiels (du moins dans certaines conditions) ne seraient pas plus nombreuses que celles concluant le contraire.

De nombreuses raisons peuvent expliquer cette diversité : il peut y avoir des "fenêtres" de paramètres, à l'intérieur desquelles des effets indésirables se produisent, alors qu'en dehors on observe aucun effet ou des effets hormétiques, ou encore des effets thérapeutiques. D'autre part si les anomalies/différences génétiques sont considérées conceptuellement comme potentiellement équivalentes à un stimulus toxique à des fins de combinaison, par exemple dans une combinaison synergique à trois constituants – 50 Hz EMF, DMBA et génétique – alors les personnes exposées pourraient présenter des réponses différentes aux mêmes stimuli électromagnétiques en fonction de leurs prédispositions génétiques [source].

Cependant depuis quelques années la nuisibilité de certaines expositions CEM non contrôlées devient de plus en plus flagrante.

De sérieuses
présomptions

En 2000, deux études ont confirmé un risque constant et statistiquement significatif de leucémie chez les enfants dont l'exposition moyenne à des lignes électriques (donc des très basse fréquences) était supérieure à 0,3-0,4 μT [sources : Ahlbom, Greenland].

En 2002, sur la base de ces études concordantes, l'Agence internationale pour la recherche sur le cancer (IARC) de l'OMS a classé les champs électriques et magnétiques EBF dans le Groupe 2B « potentiellement cancérogènes pour les humains » [source]. Dans cette catégorie sont classés, entre autres, le plomb, le DDT, les vapeurs de soudure et le tétrachlorure de carbone.

En 2005 une étude britannique estime qu'environ 1% des cas de leucémie infantile pourraient être causés par une exposition à moins de 200 m de lignes à haute tension ( ce qui correspond à des champs plus faibles que ceux qui étaient pointés par les études de Ahlbom et Greenland). Ces ordres de grandeur ont été confirmés par une étude japonaise basée sur des mesures [source], et une étude iranienne basée sur des champs calculés [source].

En 2005 une étude par questionnaire de médecins autrichiens révèle que 96% des médecins croyaient à un certain degré ou étaient totalement convaincus du rôle significatif des champs électromagnétiques dans diverses maladies. Fait significatif, ce pourcentage ne correspond pas du tout avec l'évaluation des risques sanitaires établie par l'OMS et des études de provocation en aveugle réalisées au niveau national et international, qui ne démontrent pas d'effet nuisible des CEM [source].

En 2011 l'Agence internationale pour la recherche sur le cancer (IARC) de l'OMS classe également les RF des téléphones portables comme cancérogènes possibles pour l’homme (groupe 2B) [source]

En 2014 l'OMS déclarait que « à ce jour, il n’a jamais été établi que le téléphone portable puisse être à l’origine d’un effet nocif pour la santé ». L'OMS reconnaît l'absence de données concernant l'utilisation de téléphones mobiles sur des périodes dépassant 15 ans, mais d'autre part déclare de façon péremptoire que le principal mécanisme d’interaction entre l’énergie des radiofréquences et le corps humain est l’échauffement des tissus [source]. Or nous avons vu que cela est faux.

En 2015, le Parlement français prend une position politique dans le débat scientifique, en adoptant une loi globale qui protège le grand public des expositions excessives aux ondes électromagnétiques. Entre autres choses, ont été votées l'interdiction du Wi-Fi dans les crèches et dans tous les lieux d'accueil d'enfants de moins de 3 ans et de ne permettre son activation dans les écoles primaires accueillant des enfants de moins de 11 ans seulement pour les besoins spécifiques des cour. C'est le premier texte de loi en France mettant en exergue le principe de précaution face au danger potentiel que représente les ondes électromagnétiques [source].

Le même mois un groupe d'experts de l'Union européenne (SCENIHR) déclare que l'exposition aux CEM RF des téléphones portables ne montre pas un risque accru de tumeurs cérébrales et d'autres cancers de la région de la tête et du cou [source].

NB : l'UE a été créée à l'initiative d'un conglomérat de grandes entreprises privées européennes... [approfondir].

Quelques mois plus tard, une analyse de 100 articles scientifiques revus par les pairs, 93 indiquent des effets moléculaires induits par de faibles niveaux d'intensité de radiofréquences dans les cellules vivantes. Cela inclut l'activation significative des voies-clés génératrices de dérivés réactifs de l’oxygène (DRO), l'activation de la peroxydation, les dommages oxydatifs à l'ADN et des perturbations de l'activité d'enzymes antioxydantes [source].

Une étude (2018) sur le effets des signaux GSM 1800 MHz sur le système nerveux central (SNC) a révélé que la puissance absorbée (débit d’absorption spécifique, DAS) par les régions dorso‐médiales du cortex cérébral (correspondant à des aires motrices ou somatosensorielles) était de l’ordre de 2.9 W/kg chez les animaux jeunes comme chez les adultes, puissance nettement supérieure à la valeur maximale tolérée pour le grand public, s’agissant d’une exposition de la tête induite par la téléphonie mobile (2 W/kg, selon les normes européennes) [source].

En 2019 l'Agence internationale pour la recherche sur le cancer (IARC) de l'OMS recommande de reclasser les champs électriques et magnétiques EBF du Groupe 2B « potentiellement cancérogènes pour les humains » vers le groupe A « cancérigène pour les humains » [source].

Phénomène
complexe

Le tableau suivant montre que les CEM ne sont qu'une parmi de nombreuses autres causes possibles de mêmes mécanismes pathologiques, ce qui pose la question de l'identification de la ou des causes réelles de pathologies.

Des forts taux de monoxyde d'azote, la formation de peroxynitrite et l'induction d'un stress oxydant peuvent être associés à une inflammation chronique, des dommages aux fonctions et structures des mitochondries, ainsi qu'à une perte d'énergie, par exemple, via la diminution de l'adénosine triphosphate (ATP).

La fonction mitochondriale peut être perturbée de deux façons. Premièrement : la grande quantité de radicaux libres peut bloquer la production de l'adénosine triphosphate (ATP), conduisant à des douleurs musculaires et de la fatigue. Deuxièmement : dans le cas d'une inflammation (chronique), la demande d'énergie augmente de 25%, ce qui provoque une forte consommation d'ATP [source].

Business

De nombreuses études montrent comment le lobby télécom influence la rédaction d'articles "scientifiques" [source1, source2, source3].

Pressés par des intérêts privés ainsi que des considérations de géopolitique (notamment atlantistes), les décideurs politiques ont donné la priorité au business, au détriment de la santé publique. Un conséquence dramatique est que les études sur populations ne disposent plus de groupe contrôle non exposé pour la part la plus jeune de la population. Comme cette situation va se généraliser à l'ensemble des classes d'âge, il sera progressivement de plus en facile pour le lobby télécom de nier les effets indésirables de ses technologies.

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Une publication de François Jortay

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