Immissions de champs magnétiques dans les voitures électriques

Les voitures particulières électriques font désormais partie du paysage routier, et leur nombre va continuer de croître dans les années à venir. Avec des puissances maximales de propulsion de plusieurs centaines de kilowatts et des tensions de batterie typiques de 400 à 800 V, des valeurs maximales de courant nettement supérieures à 500 A peuvent être atteintes dans le groupe moto­propulseur. Cela laisse inévitablement présager la présence de champs magnétiques plus élevés dans les véhicules, auxquels les occupants sont exposés. Cet état de fait soulève donc la question du niveau de ces immissions par rapport aux restrictions de base actuelles. Des scientifiques de ­Seibersdorf Labor GmbH et du Centre de recherche sur la compatibilité électro­magnétique environnementale de l’École supérieure polytechnique de Rhénanie-­Westphalie (RWTH Aachen) ont étudié cette question, en collaboration avec l’ADAC (Allgemeiner Deutscher Automobil-Club), dans le cadre d’une étude financée par le Ministère fédéral allemand de l’environnement, du climat, de la protection de la nature et de la sûreté nucléaire.

La situation juridique

La question de savoir quelles réglementations légales doivent être appliquées pour limiter les immissions de champs magnétiques dans les voitures électriques n’est pas clairement définie dans la plupart des pays, y compris en Suisse. Pour procéder à une évaluation, il semble toutefois judicieux de se baser sur les niveaux de référence et les restrictions de base recommandés par la ­Commission ­internationale de protection contre les rayonnements non ionisants (ICNIRP). Après tout, en Suisse, les restrictions de base d’immission fixées dans l’ordonnance sur la protection contre le rayonnement non ionisant (ORNI) pour les champs électriques, magnétiques et électromagnétiques générés par des installations fixes s’alignent également sur les recommandations de l’ICNIRP datant de 1998.

La Recommandation du Conseil de l’UE relative à la limitation de l’exposition du public aux champs électromagnétiques (RE 1999/519/CE) reprend également les valeurs de cette recommandation de l’ICNIRP. Les recommandations de l’ICNIRP sont toutefois complexes dans le détail et nécessitent donc une explication: on distingue en principe les «restrictions de base» – il s’agit là des restrictions de base pour les grandeurs physiques présentes à l’intérieur du corps – et les «niveaux de référence», pour les intensités de champ mesurables dans l’air, à l’extérieur du corps. Pour compliquer encore les choses, les restrictions de base et les niveaux de référence dépendent tous deux de la fréquence. Tant que les restrictions de base sont respectées, on peut partir du principe qu’il n’y a pas d’effets néfastes sur la santé.

Cependant, comme il est pratiquement impossible d’effectuer des mesures à l’intérieur du corps, on utilise dans la pratique les niveaux de référence pour évaluer l’exposition. Ceux-ci sont fixés de telle sorte que, s’ils sont respectés, on peut considérer que les restrictions de base ne sont pas dépassées dans le corps. À l’inverse, le dépassement d’un niveau de référence ne signifie pas automatiquement que les restrictions de base sont également dépassées dans le corps. Ce point est particulièrement pertinent dans les situations où l’exposition est très localisée, c’est-à-dire où seule une très petite partie du corps est exposée aux champs. Si un niveau de référence est dépassé, un jugement définitif sur la situation considérée ne peut être rendu qu’après une évaluation basée sur les restrictions de base. Cela implique généralement un travail considérable, par exemple la réalisation de simulations informatiques avec des modèles de corps anatomique.

Véhicules étudiés et conditions de conduite

Au total, des mesures ont été effectuées dans 14 véhicules: onze voitures entièrement électriques, deux hybrides rechargeables et un véhicule à combustion, à des fins de comparaison (figure 1). La puissance de la propulsion électrique des véhicules était comprise entre 85 et 377 kW. Les immissions de champs magnétiques au niveau des sièges ont été mesurées à dix endroits différents, de l’espace pour les pieds jusqu’à la hauteur de la tête. Différentes conditions de conduite, telles que la conduite à vitesse constante, le freinage et l’accélération, ont été systématiquement examinées, tant sur un banc de test que sur une piste d’essai. De plus, des mesures ont été effectuées au niveau d’un siège déterminé pendant un trajet d’environ 90 min, dans des conditions réelles de circulation. Afin de détecter également les champs magnétiques générés par des composants électriques qui ne sont pas liés au système de propulsion, des mesures complémentaires ont été effectuées à l’arrêt, au cours desquelles ces composants (par exemple, le chauffage des sièges, les lève-vitres, ou encore les clignotants) ont été activés et désactivés. Ainsi, au total, plus de 975'000 mesures individuelles ont été effectuées dans les véhicules.

Technique de mesure optimisée

Contrairement aux mesures de champs magnétiques à proximité de lignes à haute tension, où l’on a généralement affaire à des champs principalement stationnaires liés à une fréquence dominante et à des valeurs efficaces d’intensité de champ ne variant que légèrement à l’échelle des dimensions du corps, les immissions de champs magnétiques dans les véhicules électriques sont susceptibles d’être dynamiques dans le temps. En raison de la proximité des sources, il est également à prévoir que les champs magnétiques varient fortement le long du corps. Enfin, la technologie des convertisseurs de puissance utilisée génère, même en cas de conduite régulière, des courants de fonctionnement – et donc des champs magnétiques – présentant une forte teneur en harmoniques. Les techniques de mesure conventionnelles atteignent donc rapidement leurs limites, en particulier lorsqu’il s’agit de mesurer et d’évaluer la répartition spatiale des champs au niveau des places des passagers dans une multitude de conditions de conduite, notamment lors de phases dynamiques telles que le freinage et l’accélération.

Un système de mesure spécialement optimisé pour ce cas de figure a donc été utilisé pour les mesures effectuées dans le cadre de cette étude. Celui-ci permet de mesurer simultanément les immissions de champs magnétiques à dix endroits différents, tout en enregistrant pour chaque position de mesure l’évolution temporelle de ces immissions dans une gamme de fréquences allant jusqu’à 400 kHz. Pour les mesures systématiques réalisées au niveau des places des occupants du véhicule, les dix capteurs de mesure ont été fixés dans un mannequin en mousse rigide et répartis le long du corps, de la tête aux pieds, afin de déterminer l’exposition aux champs magnétiques dans les différentes parties du corps (figure 2).

Mesures du champ magnétique pendant la conduite

Les mesures effectuées pendant la conduite ont abouti à des résultats très hétérogènes pour les modèles de véhicules étudiés. Les pics de densité de flux magnétique de courte durée et limités à de petites zones, qui se produisaient le plus souvent au niveau des pieds des deux places avant ou au niveau du bas-ventre d’un passager arrière, se situaient généralement dans la plage des dizaines de microteslas (figure 3). Dans l’un des véhicules, plusieurs centaines de μT ont toutefois été mesurés. Les valeurs maximales apparaissaient généralement lors de fortes accélérations ou de freinages brusques. Dans certains des véhicules examinés, les niveaux de référence recommandés par l’ICNIRP ont parfois été largement dépassés à certaines positions de mesure (figure 4). Cependant, des simulations informatiques des densités de courant et des intensités de champ électrique induites dans le corps par ces pics de champ magnétique ont montré que les restrictions de base pertinentes étaient toujours respectées. En cas de conduite «douce» ou à vitesse constante, les valeurs maximales de densité de flux magnétique étaient nettement plus faibles, et les immissions évaluées selon l’ICNIRP restaient dans une fourchette de pourcentage à un ou deux chiffres par rapport aux niveaux de référence. Seul un véhicule a présenté à un endroit des immissions légèrement supérieures aux niveaux de référence.

Au niveau du torse et de la tête, le niveau des immissions était généralement inférieur d’un à deux ordres de grandeur par rapport au maximum spatial. La puissance électrique motrice installée ne s’est en tout cas pas révélée être un indicateur fiable des valeurs maximales de champ magnétique mesurées dans les véhicules. La position des composants conducteurs de courant et leur structure jouent également un rôle décisif.

Il est intéressant de noter que des immissions de champs magnétiques ont également été observées dans le véhicule à combustion. Lors de l’évaluation selon les recommandations de l’ICNIRP, celles-ci étaient du même ordre de grandeur que les valeurs mesurées dans les véhicules à propulsion électrique. Elles étaient exclusivement associées à l’actionnement de la pédale de frein et étaient donc moins fréquentes que les valeurs maximales d’immission dans les voitures électriques.

Si l’on considère, outre les valeurs maximales spatiales et temporelles du champ magnétique, les valeurs efficaces à long terme (valeurs RMS) de la densité de flux magnétique moyennées dans l’espace à l’échelle des dimensions du corps lors d’essais routiers prolongés en conditions réelles et sur banc d’essai, le véhicule à combustion étudié se situe dans la plage de dispersion des différents véhicules électriques (environ 0,5 à 2 μT).

Champs magnétiques non associés à la propulsion

De brefs pics de champ magnétique n’apparaissent toutefois pas uniquement pendant la conduite: des pics ont aussi été mesurés à l’arrêt, et ceux-ci étaient parfois même supérieurs à ceux enregistrés pendant la conduite. La mise en marche des véhicules ou l’allumage des moteurs à combustion, en particulier, provoquent des pics de courant élevés et abrupts qui entraînent localement – généralement au niveau des pieds – des dépassements des niveaux de référence mentionnés plus haut, et ce, dans presque toutes les voitures étudiées. Dans certains véhicules, l’actionnement de la pédale de frein à l’arrêt ou le chauffage des sièges ont également mené localement à des immissions de champs magnétiques dépassant les niveaux de référence. Toutefois, comme dans le cas des dépassements des niveaux de référence constatés pendant la conduite, des analyses détaillées des intensités de champ électrique et des densités de courant induites dans le corps n’ont révélé aucun dépassement des restrictions de base.

La norme IEC 62764-1

La norme internationale IEC 62764-1 décrit les procédures de mesure de l’exposition humaine au niveau de champs magnétiques générés par les accessoires électroniques et électriques dans l’environnement automobile. Dans la version actuelle (édition 1.0, publiée en 2022), l’accent est toutefois clairement mis sur l’obtention de résultats de mesure comparables, tandis que l’exposition maximale aux champs magnétiques des occupants du véhicule dans des conditions de conduite réalistes n’est prise en compte que de manière marginale. Ceci est particulièrement évident dans la mesure où les pics de champ magnétique transitoires d’une durée inférieure à 200 ms sont négligés et où une distance minimale de 20 cm entre le centre du capteur et les surfaces de l’habitacle (à l’exception de la surface des sièges) est spécifiée. Cela signifie que les valeurs de champ magnétique de courte durée apparaissant localement au niveau du plancher du véhicule ou des limites latérales des espaces pour les pieds ne sont, par définition, pas enregistrées. De plus, les conditions de conduite examinées correspondent plutôt à un style de conduite très doux, alors que d’un point de vue purement physique – et comme le confirment les mesures réalisées lors de l’étude – des valeurs d’immission plus élevées sont à prévoir en cas de conduite sportive. Du point de vue de la protection contre les rayonnements, cela est discutable, et il reste à espérer que ces lacunes seront comblées dans la prochaine édition de la norme.

Conclusion

Les résultats des mesures de champ magnétique approfondies et systématiques réalisées dans le cadre de cette étude ainsi que les analyses détaillées complémentaires montrent que les restrictions de base recommandées par l’ICNIRP à l’intérieur du corps ont été respectées dans tous les véhicules examinés. Localement, dans de petites zones de l’habitacle – principalement au niveau des pieds et des jambes –, des champs magnétiques transitoires de courte durée ont toutefois entraîné des dépassements des niveaux de référence pour la densité de flux magnétique mesurable à l’extérieur du corps.

Les différences significatives entre les modèles de véhicules en termes de valeurs maximales mesurables du champ magnétique, d’une part, et les résultats de l’analyse des causes, d’autre part, indiquent que les constructeurs automobiles ont la possibilité de réduire ces valeurs maximales d’immission si la question de l’exposition des occupants du véhicule aux champs magnétiques est prise en compte dès les premières étapes de la conception du véhicule.

En vue d’une évaluation actualisée des immissions de champs magnétiques en matière de protection contre les rayonnements, il reste à espérer qu’une norme internationale correspondant à l’état actuel des connaissances et reflétant de manière réaliste les scénarios d’exposition rencontrés dans la pratique sera bientôt mise en place.