Juillet 2021
sommaire
Responsabilité & Environnement
Les ondes non ionisantes électromagnétiques et acoustiques : nouveaux savoirs, nouveaux enjeux
Ce numéro a été coordonné
par Dominique DRON et Ilarion PAVEL
N° 103
Introduction : Les ONIEA : un domaine sous-exploré et délicat à exploiter, mais prometteur
Par Dominique DRON, Ilarion PAVEL
Conseil général de l’Économie, de l’industrie, de l’énergie et des technologies (CGEIET)
Les ondes non ionisantes électromagnétiques et acoustiques (ONIEA) naturelles sont utilisées par les organismes vivants, végétaux et animaux, qu’ils en émettent ou les perçoivent et les interprètent. En outre, les fréquences des ondes produites par les activités humaines s’étendent sans cesse. La connaissance et les utilisations des ONIEA se développent rapidement, ainsi que la découverte d’effets insoupçonnés. Malgré une recherche publique reconnue, la France semble sous-estimer les potentialités médicales, industrielles et agroalimentaires de ces champs en pleine expansion.
Les ONIEA, un univers subtil et multifacettes
Panorama des ondes non ionisantes électromagnétiques (ONIE) et de leurs principaux usages
Par Dr René de SEZE
Médecin et chercheur à l’Institut national de l’environnement industriel et des risques (INERIS)
Il existe de nombreuses applications des champs électromagnétiques. Certaines sont bien connues du grand public. Elles utilisent une fonction informationnelle transportée par les ondes, notamment dans le domaine des radios et télécommunications. D’autres sont plus des applications de niche, industrielles ou médicales. De nombreuses technologies utilisent la fonction énergétique de chauffage par ondes radiofréquences (ou micro-ondes). La mise en évidence de certains phénomènes surprenants exige l’introduction de nouveaux mécanismes d’interaction entre le champ électromagnétique et le vivant, ce qui ouvre de nouveaux horizons à des développements technologiques et nécessite des travaux de recherche audacieux et un soutien dans la durée de la part d’industriels visionnaires porteurs d’une stratégie à long terme.
Un panorama des ondes non ionisantes acoustiques (ONIA) et de leurs principaux usages
Par Paul AVAN
Université Clermont Auvergne, Institut de l’audition
Parmi les agents physiques, les ondes ont la capacité de se propager, véhiculant avec elles de l’information, mais aussi, parfois, un danger lié à leur énergie ou aux transformations qu’elles induisent. Les ondes acoustiques sous-tendent l’audition, un sens privilégié pour la communication intra et inter-espèces, magnifié par l’espèce humaine qui en fait le support de la parole et de la musique. Le pouvoir de nuisance voire de dangerosité des ondes sonores audibles, lorsqu’elles viennent interférer, de manière souvent insidieuse, avec le confort ou la santé des individus exposés, est un des grands problèmes de santé des décennies à venir, comme le met en exergue l’OMS. Mais l’acoustique engendre aussi des progrès pour la santé en permettant, dans des intervalles d’hyperfréquences non utilisés par l’audition, la mise en oeuvre de techniques d’imagerie du corps dépourvues de danger et de très haute résolution, et qui sont en outre peu coûteuses et donc accessibles aux pays les plus démunis.
Quels sont les processus biologiques à l’oeuvre avec les ONIEA
Existe-t-il une biologie cellulaire des sons ? De « l’écoute » des plantes à l’acoustique cellulaire
Par Olivier GALLET
Laboratoire ERRMECe (Équipe de recherche sur les relations matrice extracellulaire-cellules, CY Cergy Paris Université)
Et si les plantes pouvaient non seulement entendre, mais aussi et surtout écouter et différencier des sons pour les utiliser à bon escient dans leurs stratégies de développement et d’adaptation à leur environnement. Il y a quelques années de cela, un concours de circonstances m’a conduit à développer une recherche collaborative sur ce sujet souffrant indéniablement d’un certain scepticisme ambiant. En décryptant une revue bibliographique récente et pointue et en proposant un protocole rigoureux en triple aveugle et utilisant des concepts simples et éprouvés de biologie, nous avons montré qu’effectivement, des plantes peuvent reconnaître et utiliser des sons de façon très subtile pour moduler leur croissance en réponse à un stress environnemental, en l’occurrence un stress hydrique lié à la sécheresse.
Effets cumulés des ONIE : co-exposition aux ONIE et à une contrainte thermique
Par Amandine PELLETIER, Jean-Pierre LIBERT
Laboratoire PERITOX, Unité mixte INERIS, Amiens
Souvent, seuls sont étudiés les éventuels effets directs des ONIE sur les organismes vivants. Ce n’est qu’en disposant de matériels innovants que notre équipe a pu examiner les effets d’une exposition aux ONIE sur la capacité d’un organisme à répondre à la variation d’un autre paramètre environnemental. Ainsi, les effets d’une co-exposition associant ONIE et contrainte thermique ont été analysés sur des fonctions impliquées dans le maintien de l’homéostasie énergétique. Les résultats obtenus montrent qu’en présence d’ONIE, les animaux répondent en « luttant contre le froid » alors que ce type de réaction ne devrait être observé que pour des températures ambiantes plus basses. De plus, les animaux adoptent une stratégie d’évitement les conduisant à rechercher un environnement plus chaud. Cela signifie qu’un signal périphérique « froid » pourrait provoquer ces réponses paradoxales qui auraient pour origine les récepteurs TRPM8, les principaux thermorécepteurs au froid qui modifieraient leur conformation sous l’action des ONIE et émettraient un signal vers le système nerveux central qui contrôle ces fonctions.
Questions ouvertes sur les effets des ondes électromagnétiques et sonores sur la santé et l’environnement
Par Olivier MERCKEL
Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail (Anses)
Les spectres électromagnétiques et sonores sont loin de constituer des entités homogènes, notamment en matière d’interactions entre les ondes et les êtres vivants. Si certaines gammes de fréquences font l’objet de recherches soutenues en matière d’effets éventuels sur la santé, par exemple dans les domaines des communications mobiles ou des fréquences audibles, d’autres restent largement inexplorées. Et, même pour les plus étudiées, l’accumulation des connaissances, qui ne met pas en évidence, à l’heure actuelle, d’impact majeur en matière de santé publique, laisse ouvertes un certain nombre de questions, par exemple concernant des hypothèses de mécanismes d’action liés aux modulations des signaux, à leur fréquence, à la possibilité d’effets sur l’activité cérébrale ou encore à des symptômes associés par certaines personnes à leur exposition aux ondes électromagnétiques ou acoustiques. L’effet de ces ondes sur l’environnement est par ailleurs, aujourd’hui encore, pratiquement inexploré.
Usages émergents des ONIEA en médecine et dans l’industrie
Des innovations aux transferts cliniques et commerciaux : 100 ans après leur découverte, les ultrasons médicaux vivent leur seconde révolution
Par David ATTALI,, Alexandre DIZEUX, Jean-Francois AUBRY
Physique pour la médecine Paris, ESPCI Paris, INSERM, CNRS, PSL Université, Paris
Depuis la découverte de l’effet piézoélectrique par Pierre et Jacques Curie, en 1880, la France n’a pas cessé d’être un acteur majeur dans les ultrasons. Cela est particulièrement vérifié au niveau des applications biomédicales des ultrasons : industriels et laboratoires de recherche sont à la pointe des développements les plus innovants dans le domaine des ultrasons diagnostiques (avec l’imagerie ultrarapide) et thérapeutiques (avec les ultrasons focalisés de forte intensité). Conforter et renforcer la filière des ultrasons biomédicaux en France s’avère crucial, alors que la palette des effets des ultrasons sur les tissus biologiques s’est élargie considérablement ces dix dernières années, allant de la délivrance localisée de médicaments jusqu’à l’immunothérapie, et que le domaine pourrait se trouver au coeur d’une révolution dans le monde des neurosciences, avec la possibilité non seulement d’imager mais également de moduler l’activité cérébrale par ultrasons transcrâniens.
Vie et perspectives, en France, d’une PME de pointe dans le domaine des ultrasons médicaux
Par David CAUMARTIN
Theraclion
Créée en 2004, Theraclion est une PME française innovante dont l’ambition est de développer la plateforme robotique évolutive la plus performante dans le traitement non invasif par ultrasons médicaux, grâce à la technologie de l’échothérapie. Dans cet article, nous revenons sur l’histoire de Theraclion, en insistant sur les péripéties de son développement, notamment en France, et ses perspectives d’évolution.
Les ondes électromagnétiques en médecine : le cas des ondes millimétriques
Par Morgane LEBOSQ, Yves LE DRÉAN
Université de Rennes, Inserm, EHESP, Irset (Institut de recherche en santé, environnement et travail) – UMR S 1085
L’idée d’utiliser les ondes électromagnétiques pour soigner est aussi ancienne que leur découverte. Mis à part la radiothérapie utilisant les rayonnements ionisants pour soigner les cancers, ces pistes de travail sont souvent restées marginales ; et la médecine occidentale s’est plutôt spécialisée dans l’emploi de drogues et de produits pharmacologiques. Depuis quelques décennies, le besoin de développer des méthodes alternatives a remis ces voies de recherche sur le devant de la scène et un certain nombre de pratiques sont maintenant utilisées dans le monde entier. Dans un premier temps, nous donnerons un aperçu des nombreuses applications qui jouent déjà un rôle clinique. Dans un second temps, nous présenterons le cas des ondes millimétriques, dont les applications médicales ont été développées de façon empirique dans les années 1970 en Europe de l’Est. Enfin, nous présenterons spécifiquement l’impact de ces ondes sur la sensation de douleur, un domaine qui a été étudié plus en détail par les scientifiques.
La sonochimie, un domaine d’innovation sous-exploité ?
Par Dr Grégory CHATEL
Chimiste, Laboratoire EDYTEM, Université Savoie Mont Blanc/CNRS
La sonochimie, ou l’utilisation des ultrasons de puissance pour des applications en chimie, est fondée sur les effets physico-chimiques engendrés par la cavitation acoustique. Cette technologie de rupture fait l’objet de recherches académiques qui ont démontré récemment de nouvelles efficacités et réactivités, ainsi que des apports en termes de chimie verte, dans différentes applications en matière de chimie organique, de catalyse, de matériaux, de polymères, d’extraction ou encore de remédiation environnementale. La démonstration de procédés sonochimiques innovants à grande échelle permettrait de montrer le potentiel, peut-être sous-exploité, de la sonochimie pour l’industrie.
Freins et leviers de l’intégration des technologies micro-ondes dans les procédés de synthèse chimique à l’échelle industrielle
Par Dr. Marilena RADOIU
Microwave Technologies Consulting
La transition vers des technologies chimiques plus durables nécessite de proposer des solutions aux problématiques environnementales dans la filière chimie industrielle. Dans cet article, nous présentons la technologie micro-ondes, une technologie de chauffage qui, si elle est correctement appliquée dès l’échelle laboratoire et jusqu’à l’échelle industrielle, peut viser à améliorer la consommation d’énergie, le temps de traitement et l’empreinte environnementale des procédés chimiques. Notre objectif est de présenter aux scientifiques et aux industriels (les utilisateurs finaux) les freins et les leviers que recouvre l’intégration de la technologie micro-ondes, ainsi que certains des aspects pratiques associés au traitement industriel utilisant cette technologie afin d’en avoir une meilleure compréhension et de permettre son extrapolation à l’échelle industrielle.
Les applications émergentes des ondes Térahertz
Par Ilarion PAVEL
CGE
Dans cet article, sont passées en revue les propriétés remarquables des ondes térahertz (THz), qui les rendent appropriées pour une grande diversité d’applications, ainsi que les diverses technologies nécessaires pour la mise au point de sources et de détecteurs dans la perspective d’une industrialisation de ces applications. En conclusion de cet article, sont donnés quelques éléments relatifs au marché du THz et un bref aperçu de la situation de la R&D en France.
Des ondes non ionisantes électromagnétiques (ONIE) à toutes les étapes du processus productif dans le secteur de l’agroalimentaire
Par Hervé FLOCH, Patrice GAMAND, Clément DAIGNAN, Nicolas PICARD, Laure SANDOVAL
Pôle de compétitivité ALPHA ‒ Route des Lasers & Hyperfréquences ‒ ALPHA ‒ RLH
Le secteur agroalimentaire est en pleine évolution pour prendre en compte la réduction de l’utilisation des produits phytosanitaires, la sortie du glyphosate, le suivi des cultures en temps réel et la numérisation de l’agriculture, tout cela dans un contexte de changement climatique. Afin de répondre aux exigences de protection des cultures, de conservation, de décontamination et de préservation des saveurs, tout en assurant l’innocuité du produit final pour le consommateur et en respectant l’environnement, le recours aux technologies dites physiques se révèle tout à fait pertinent. Les ultraviolets et plus particulièrement les UVC, les micro-ondes (3 - 300 GHz) notamment, ont la capacité de répondre à ces besoins. Nous montrons dans cet article les effets des micro-ondes sur le développement foliaire des plantes, conduisant ainsi à une solution de désherbage. Nous mettons également en évidence le fait que la lumière UV pulsée permet une décontamination des légumes ou des fruits offrant ainsi une solution de conservation efficace, économique et durable. De même, nous montrons que la modernisation des techniques agricoles motivée par un souci d’optimisation des ressources, des coûts et des rendements, s’appuie sur la mise en jeu des technologies de radiocommunications et d’imagerie. Les ondes radiofréquences permettent l’utilisation et le déploiement de capteurs communicants de type IoT et de suivre en temps réel des paramètres de pilotage des cultures. Les techniques d’imagerie sont également une aide précieuse pour l’étude de certains phénomènes comme le stress hydrique des cultures ou les maladies. Est également mis en évidence le fait que les ondes non ionisantes contribuent fortement à la transition écologique soit en appui au désherbage en évitant le recours aux produits phytosanitaires, soit au travers de solutions de décontamination et de désinfection ne recourant pas à l’emploi de produits chimiques. Les défis à venir concernent aussi les aspects formation des acteurs de la filière et surtout l’évolution du modèle économique de celle-ci.
La génodique : de l’émergence d’un nouveau champ scientifique à sa validation sur le terrain, puis sur celui académique
Par Pedro FERRANDIZ
Genodics
Dans cet article, est décrite l’histoire d’une découverte dont les effets concrets sont observables et répétés, mais dont s’est détournée pendant des décennies la curiosité des cercles académiques, du fait de son étrangeté et de l’insuffisante élucidation des phénomènes en cause. En parallèle, la Chine et l’Inde, pour ne citer que ces pays, ont développé des dispositifs similaires à grande échelle, sans être plus avancées, voire peut-être en l’étant encore moins dans la compréhension profonde desdits phénomènes. À travers le récit de cette histoire, se pose la question des modes de reconnaissance des ruptures en matière de connaissance scientifique. Ce récit montre aussi que les sciences sont avant tout une aventure humaine.
Le cadre public et professionnel, un facteur déterminant
Réglementation sanitaire et environnementale des ONIEA
Par Natalie COMMEAU, Philippe BODÉNEZ
Ministère de la Transition écologique ‒ Direction générale de la Prévention des risques (DGPR)
Nous pouvons être confrontés à des sources de bruit très variées durant la journée et la nuit : bruit de nos voisins, des entreprises, de loisirs, des transports… C’est pourquoi la réglementation encadrant la limitation de l’exposition au bruit est vaste. Plusieurs lois, décrets et arrêtés sont partiellement ou entièrement consacrés au bruit. Un texte reste fondateur : la loi n°92-1444 du 31 décembre 1992 relative à la lutte contre le bruit. La plupart de ses articles sont toujours en vigueur et codifiés dans le Code de l’environnement. Ce droit français a été complété par le droit européen. Enfin, l’encadrement juridique des nuisances sonores des aéronefs relève en grande partie du droit international. Les valeurs limites d’exposition du grand public aux ondes non ionisantes électromagnétiques (ONIE) actuellement en vigueur datent de 2002. La loi n°2015-136 du 9 février 2015, dite loi Abeille, traite de la sobriété, de la transparence, de l’information et de la concertation en matière d’exposition aux ONIE. L’ensemble de ces dispositions visent à limiter au mieux l’exposition de nos concitoyens à ces ondes, qui dans certains cas peuvent générer des désagréments plus ou moins importants.
Aux États-Unis : existence d’une forte politique scientifique et industrielle « public-privé » en faveur de la recherche sur les ONIEA
Par Yves FRENOT,, Xavier BRESSAUD, Kévin KOK HEANG
Service pour la Science et la technologie de l’Ambassade de France aux États-Unis (Washington)
Aux États-Unis comme ailleurs, les utilisations des ondes non ionisantes électromagnétiques et acoustiques (ONIEA) se développent dans des domaines extrêmement variés. La recherche est particulièrement active en ce qui concerne l’interaction des ondes avec le vivant, que ce soit en vue de leur utilisation médicale ou s’agissant de leur impact sur la santé. L’omniprésence de cet axe de recherche dans des champs si divers fournit un angle pour passer en revue l’ensemble de l’écosystème américain : l’étude des ONIEA y est promue à l’échelle nationale par des programmes ambitieux portés par les agences fédérales de recherche. Les projets financés sont mis en oeuvre tant par les grandes universités que par des entreprises deep tech se saisissant des innovations émergentes de la recherche, sous le regard intéressé des grands groupes technologiques. Cet écosystème foisonnant est observé et normé, sans toutefois le soumettre à trop de rigidité, par les agences fédérales de régulation qui cherchent un dosage efficace entre le principe de précaution et l’innovation.
Recherche polycentrique, PME innovantes et exportations : les clés d’un succès allemand centré sur la photonique
Par Julien POTIER
Service pour la Science et la technologie de l’Ambassade de France en Allemagne (Berlin)
Pionnière dans la recherche sur les ondes non ionisantes électromagnétiques et acoustiques (ONIEA), l’Allemagne bénéficie d’une recherche universitaire, extra-universitaire et industrielle polycentrique, soutenue par des investissements publics et privés conséquents. La recherche sur les usages des ONIEA est essentiellement structurée autour du domaine photonique, allant de l’ultraviolet aux térahertz. La dynamique d’innovation dans ce secteur favorise l’émergence d’un tissu industriel dense, en particulier dans la production d’outils et de procédés industriels et à usage médical. De petites et moyennes entreprises innovantes tirant des exportations une part croissante de leur chiffre d’affaires y jouent un rôle prépondérant. L’Allemagne se distingue également par le fort encadrement institutionnel des ONIEA. Soutenu par les agences fédérales de radioprotection, un champ de recherche portant sur les effets potentiels des ONIEA sur la santé et l’environnement se développe, contribuant à la mise en place d’une législation prudente.
Hors dossier
Des crédits carbone au service du développement africain
Par Michel VILLETTE
Professeur de sociologie à Agro-ParisTech et chercheur au centre Maurice Halbwachs (ENS/EHESS/ CNRS)
Il est vital de reboiser les zones arides du Sénégal et de fournir aux villageois des moyens d’améliorer leurs cultures afin qu’ils disposent de revenus suffisants pour échapper à la migration forcée vers les villes. Ces deux impératifs sont la raison d’être de l’association IRRIGASC et de l’entreprise éponyme. À l’origine de ce projet, une technique d’irrigation qui facilite la croissance des jeunes arbres fruitiers dans les zones arides. D’abord difficilement financés par le mécénat d’entreprise, les projets d’aménagement agricole deviennent à partir de 2021 des puits de crédits carbone. Des entreprises investissent dans la plantation et l’irrigation. S’ils survivent au-delà de cinq ans, les arbres ainsi cultivés rapporteront des crédits carbone négociables tous les cinq ans, c’est-à-dire à chaque audit. La démarche apporte des avantages équilibrés entre les trois partenaires : les multinationales récupèrent à terme des crédits carbone en retour de leur investissement ; la société IRRIGASC se rémunère pour la gestion et l’animation du projet ; et les paysans disposent gratuitement des moyens techniques pour faire pousser des arbres fruitiers dont ils pourront revendre la production.