Modélisation d’un conduit auditif réaliste et analyse dosimétrique aux fréquences de la 5G et au-delà

Mots-clés : Modélisation EM, DAS, température.

Responsables : Marylène CUEILLE (LEAT), Abdelrahman IJJEH (LEAT), Jean-Lou DUBARD (LEAT)

Lieu du stage : LEAT, Campus SophiaTech, Bât.Forum, 930 Route des Colles, 06903 Sophia Antipolis

Durée : 5-6 mois

Thématique(s) : CMA

Début du stage : Mars ou avril 2023

Gratification : environ 550 €/mois selon la réglementation en vigueur 

Contacts : marylene.cueille@univ-cotedazur.fr, abdelrahman.ijjeh@univ-cotedazur.fr, jean-lou.dubard@univ-cotedazur.fr

Sujet, Contexte

La part importante des télécommunications dans le monde actuel et l’évolution constante des technologies mises en œuvre induisent la conception de systèmes de plus en plus complexes faisant de la simulation numérique un outil nécessaire pour analyser les performances de ces dispositifs.

Les études sur les systèmes utilisant les ondes électromagnétiques amènent à se poser un certain nombre de questions autour de l’interaction ondes/vivant nous obligeant à considérer les aspects dosimétriques. Pour établir le rapport entre d’éventuels effets sanitaires et l’exposition à un environnement électromagnétique un paramètre est défini : le débit d’absorption spécifique (DAS ou SAR en anglais) qui représente la puissance absorbée par unité de masse (il s’exprime en W/kg). Dans ce domaine, la simulation numérique se révèle être un outil particulièrement puissant permettant la quantification des champs et puissances induites dans les tissus : on parle alors de dosimétrie. Cette quantification de la puissance absorbée dans les tissus permet de définir les normes et recommandations d’exposition aux ondes EM [1].

Avec le déploiement de la technologie 5G, la problématique des éventuels effets des ondes électromagnétiques sur la santé est plus que jamais d’actualité [2]. De nombreuses études ont déjà été menées sur ces aspects aux fréquences inférieures (3G/4G) mais avec la montée en fréquence la caractérisation de l’exposition devient de plus en plus complexe.

Afin de satisfaire les débits envisagés, la technologie 5G est prévue pour fonctionner autour des fréquences 3.5 et 26 GHz. Les ondes utilisées dans la 5G ont fait l’objet de plusieurs travaux de recherche où l’accent est mis sur l’évaluation de l’interaction de ces ondes avec des modèles humains [3], [4]. Cependant, la pénétration des ondes millimétriques au niveau des voies naturelles comme le conduits auditif et oculaire est encore peu explorée [5]. Ces conduits pourraient agir comme des cavités et permettre la propagation et la pénétration des ondes à l’intérieur du corps humain. Aussi la nécessité d’estimer les niveaux de champs dans des modèles d’oreilles/œil réalistes est nécessaire. C’est dans ce contexte que s’inscrivent ces travaux de stage qui ont pour but d’étudier l’exposition d’un conduit auditif aux fréquences de la 5G (bande ≥ 26 GHz). L’étude sera effectuée avec le logiciel commercial CST.

Le stage se fera au laboratoire d’électronique antennes et télécommunications, le LEAT (UCA). Dans ce laboratoire nous travaillons depuis plusieurs années sur la caractérisation des niveaux de champs dans des modèles complexes de corps humains (ex. Virtual Family [6]).

Développement, Objectifs

Le candidat retenu pour ce stage utilisera le logiciel CST Microwave Studio pour construire un modèle numérique réaliste du conduit auditif.

L’objectif sera d’évaluer le DAS et la température à l’intérieur de l’oreille exposée à une onde plane sur une bande de fréquence allant de 26 à 100 GHz.

L’étude sera faite en partant d’un modèle simplifié se complexifiant petit à petit pour aboutir à un modèle réaliste (Fig.1).

Le modèle sera tout d’abord réalisé avec un milieu homogène puis les différents tissus constitutifs de l’oreille devront être considérés. L’importance de la morphologie et l’influence de chaque partie (tympan, pavillon…) seront étudiées en faisant une étude comparative des modèles.

Compétences et qualités requises

• Etudiant(e) motivé(e) et dynamique.
• Connaissance de CST.
• Des notions en électromagnétisme et en simulation numérique seraient un plus.
• Facilité d’intégration dans une équipe.

Références

1. ICNIRP (1998). Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic and electromagnetic fields (up to 300 GHz). Health Physics, 44: 1630–1639.
2. AVIS et RAPPORT de l’Anses relatif à l’exposition de la population aux champs électromagnétiques liée au déploiement de la technologie de communication « 5G » et effets sanitaires associés, actualisant l’avis du 12 avril 2021
3. S. Kodera and al, « Temperature Rise for Brief Radio-Frequency Exposure Below 6 GHz », IEEE, 65737-65745, 2018.
4. F. Kaburcuk and al, « Electromagnetic Waves Interaction with a Human Head Model for Frequencies up to 100 GHz », ACES JOURNAL, Vol. 35, No. 6, June 2020.
5. Zoltan Vilagosh et al, « Simulations of the Penetration of 60-300 GHz Radiation into the Human Ear », 2018 43rd International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves.
6. https://itis.swiss/virtual-population/virtual-population/overview/
7. https://www.cgtrader.com/3d-models/character/anatomy/auditory-system-3d-model