ASTRID - Accompagnement spécifique des travaux de recherches et d’innovation défense

Modèle Électromagnétique avec couplage thermique pour la Dosimétrie nUmérique sur Structures fortement hÉtérogèneS – MEDUSES 2

Résumé de soumission

Afin de limiter l’exposition des personnes aux champs électromagnétiques, la nouvelle directive européenne DE 2013/35 de juin 2013 sur la protection des travailleurs intègre les recommandations ICNIRP de 2010 pour les basses fréquences, et imposera en 2016 au pays membres de démontrer le respect d’une limite en champ électrique interne, en plus du Débit d’Absorption Spécifique (DAS). Des limites d’exposition sont déjà appliquées par le domaine militaire, pour lequel les personnels sont amenés à utiliser des émetteurs de fortes puissances, qui génèrent des niveaux de champ significatifs pouvant dépasser les limites d'exposition autorisées. Pour assurer la conformité, des restrictions opérationnelles sont imposées, dégradant finalement les performances d’efficacité de brouillage ou de portée radio (HF, VHF et UHF). Les grandeurs physiques liées à l'exposition étant difficiles à évaluer par la mesure, leur détermination s’appuie largement sur la simulation numérique (dosimétrie numérique). Il convient donc dès aujourd’hui d’adapter les outils et les méthodes d’évaluation. Ces dernières doivent prédire les niveaux de DAS et les densités de courant induites (ICNIRP 1998) ou le champ électrique interne (ICNIRP 2010) dans des modèles de personnes les plus élaborés et en tenant compte, dans la mesure du possible, de l'environnement, sources de rayonnement incluses. Au sein des logiciels de calcul électromagnétique, seules quelques méthodes numériques permettent d'appréhender la complexité de ces modèles. Leur approche volumique permet de numériser des structures hautement hétérogènes et à géométrie arbitraire. Ces méthodes sont typiquement les éléments finis (FEM), la méthode des différences finies en domaine temporel (FDTD) et ses variantes (FIT), les formulations intégrales de volume résolues par la méthode des moments (MoM), la TLM ("Transmission-Line Matrix") et, plus récemment, la méthode DGTD ("Galerkin Discontinuous Time Domain"). Pour la dosimétrie numérique, la FDTD (et ses formes analogues comme la FIT) a été largement utilisée pour sa simplicité et semble s'imposer puisqu'elle est utilisée dans plusieurs logiciels commerciaux.
Très récemment, des travaux portant sur la dosimétrie ont montré que la TLM converge beaucoup plus rapidement que la FDTD (ou la FIT), sur les modèles hétérogènes de corps humain. Cela peut s'expliquer par ses meilleures performances en termes de dispersion d'une part et par le fait que l'aspect condensé de la cellule TLM procure un meilleur traitement aux interfaces à haut contraste de valeurs des paramètres constitutifs. Malgré ces atouts, un seul logiciel commercial (société étrangère) utilise actuellement le moteur TLM dans son simulateur. Cependant, il n'a que peu évolué et on peut penser qu'il n'évoluera pas ou plus, par l'usage prédominant de la FIT de la part des utilisateurs toutes applications confondues. L'objectif du projet est d'élaborer les briques d'un simulateur TLM général avec de nombreuses extensions de modèles non mises en œuvre dans le logiciel commercial comme le couplage thermique (hybridation forte). Ce simulateur sera structuré et flexible pour son utilisation prioritaire pour le calcul de dosimétrie dans les domaines militaire et civil. Il se basera sur la compétence reconnue de deux laboratoires français dans le calcul électromagnétique TLM, et la collaboration de DGA TA pour les applications Défense. Les retombées du projet sont multiples : dans un premier temps, elles permettront de renforcer et de pérenniser le savoir-faire et les compétences de la communauté TLM en France. Ensuite, ils déboucheront sur un simulateur électromagnétique et thermique performant, avec des modules parallélisés, et un moteur de calcul ouvert. Enfin, sa structure permettra une constante évolution pour élargir son application dans d'autres domaines comme les télécommunications, au sens large, le biomédical et l'optimisation du séchage de produits (bois, légumes fruits, etc.) et cuisson RF d'aliments.

Coordination du projet

Michel Ney (INSTITUT MINES-TELECOM-TELECOM BRETAGNE)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Télécom Bretagne INSTITUT MINES-TELECOM-TELECOM BRETAGNE
DGA TA DGA Techniques aéronautiques
LEAT - UMR 7248 Laboratoire d'Electronique, Antennes et Télécommunications

Aide de l'ANR 271 965 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2014 - 36 Mois

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