Nouveau modèle TLM thermique pour la dosimétrie numérique de structures fortement hétérogènes

par Oualid Makhlouf

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Jean-Lou Dubard.

Soutenue le 06-12-2016

à Côte d'Azur , dans le cadre de École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) , en partenariat avec Université de Nice (établissement de préparation) , Laboratoire d'électronique, antennes et télécommunications (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) (laboratoire) , Centre de mathématiques appliquées (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) (laboratoire) , Laboratoire d'Electronique, Antennes et Télécommunications (laboratoire) et de Centre de Mathématiques Appliquées (laboratoire) .


  • Résumé

    Depuis plusieurs années, le développement des technologies sans fil utilisant les ondes électromagnétiques dans différents milieux d’applications (télécommunications, médicales, militaires) ne cesse d’augmenter. Il devient donc nécessaire d’évaluer les effets de l’environnement sur les antennes en amont de leur conception afin d’optimiser la transmission entre les divers objets connectés. De plus, 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 des modèles fortement hétérogènes tel que le corps humain.Face aux difficultés de mesures, la simulation permet de quantifier numériquement la puissance absorbée par les tissus au travers du DAS et l’élévation de la température correspondante. Dans ce domaine, la méthode TLM (Transmission Line Matrix) s’est révélée être particulièrement adaptée au calcul du DAS dans des structures fortement hétérogènes grâce à la colocalisation des champs au centre de la maille.Au cours de cette thèse, un outil basé sur la méthode TLM permettant d’effectuer des études dosimétriques en calculant le DAS et la température dans des milieux fortement hétérogènes a été développé. La première étape a été consacrée au développement d’un « module »pour calculer la DAS et la mise en place d’une interface pour lire les modèles voxélisés. Ensuite, un solveur thermique basé sur la TLM a été développé afin de simuler la température dans des milieux biologiques exposés aux ondes EM. Enfin, la comparaison avec le logiciel commercial CST a permis de valider notre outil et de l’appliquer par la suite pour étudier l’exposition d’une tête humaine au rayonnement d’un Smartphone modélisé par une PIFA fonctionnant à 900MHz

  • Titre traduit

    New TLM thermal model for numerical dosimetry of highly heterogeneous structures


  • Résumé

    For several years, the development of the wireless technologies using the electromagnetic waves in various applications (telecommunications, medical, military …) does not stop increasing. Thus, it becomes necessary to evaluate the effects of the environment on antennas upstream to their conception to optimize the transmission between diverse connected objects. Furthermore, studies on the systems using the electromagnetic waves lead to ask a number of questions about waves/living interaction, obliging us to consider highly heterogeneous models such as human body.In front of difficulties of measures, the simulation allows to quantify numerically the power absorbed by tissues and the corresponding temperature rise. In this domain, the TLM method (Transmission Line Matrix) has proved to be particularly adapted to the simulation of the SAR in highly heterogeneous structures thanks to the co-localisation of the fields at the centre of mesh.In this thesis, a tool based on the TLM method to make dosimetrics studies by calculating the SAR and the temperature in highly heterogeneous media has been developed. The first step was dedicated to the development of a “module” to calculate the SAR and the implementation of an interface to read the voxelized models. Then, a thermal solver based on the TLM was developed in order to simulate the temperature in biological media exposed to the EM waves. Finally, the comparison with the commercial software CST allowed to validate our tool and to apply it afterward to study the exposure of a human head to the radiation of a Smartphone modelled by a PIFA antenna operating at 900MHz


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