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SAR : mesure du DAS (IEC 62209, EN 50360)

Guide · Exposition RF et SAR

Le debit d'absorption specifique, ou SAR, est la grandeur de reference pour caracteriser la puissance radiofrequence absorbee par les tissus biologiques quand un emetteur est utilise au contact du corps ou a sa proximite immediate. Tous les telephones, montres connectees, ecouteurs sans fil, lunettes connectees, casques audio et dispositifs medicaux portatifs y sont soumis. La methode de mesure est horizontale, definie par la serie IEC 62209, et reprise par l'Union europeenne via les EN 50360 et EN 50566 ainsi que par la FCC via le bulletin OET 65. Cette page expose les limites reglementaires des deux cotes de l'Atlantique, les normes de mesure, le materiel d'essai (fantome SAM, plateformes robotisees), le basculement vers la densite de puissance pour les bandes mmWave, et les pieges les plus frequents en preparation de dossier.

Le SAR (Specific Absorption Rate, ou debit d'absorption specifique en francais) est defini comme la puissance electromagnetique absorbee par unite de masse de tissu, exprimee en watts par kilogramme. La definition mathematique est SAR = sigma * E^2 / rho, ou sigma est la conductivite electrique du tissu en siemens par metre, E le module du champ electrique interne en volts par metre, et rho la masse volumique du tissu en kilogrammes par metre cube.

La grandeur est locale : elle varie point par point dans le volume biologique. Les regulations imposent donc deux types de moyennage avant comparaison a une limite.

  • Moyennage spatial. On integre le SAR sur un volume cubique de tissu de masse 1 g ou 10 g selon le regime applicable. La FCC retient 1 g, l'Union europeenne 10 g.
  • Moyennage temporel. On integre sur une fenetre de 6 minutes pour les expositions controlees et de 30 minutes pour la population generale, conformement aux lignes directrices ICNIRP.

Cette double moyenne explique pourquoi un meme produit peut afficher des valeurs SAR tres differentes selon le rapport : une valeur SAR brute, instantanee et locale, n'a aucune signification reglementaire. Seule la valeur moyennee selon le protocole de la norme citee dans le dossier compte.

La grande divergence US-UE n'est pas seulement dans la valeur numerique (1,6 vs 2,0 W/kg) mais dans la masse sur laquelle on moyenne. Moyenner sur 1 g (FCC) capture une concentration locale plus forte qu'un moyennage sur 10 g (UE). A SAR pic egal, la valeur moyennee sur 1 g sera structurellement plus elevee que celle moyennee sur 10 g. Resultat pratique : un produit qui respecte largement 2 W/kg / 10 g en UE n'est pas garanti respecter 1,6 W/kg / 1 g aux Etats-Unis, et l'analyse doit etre refaite a chaque configuration.

Le SAR est encadre par deux cadres juridiques qui partagent les memes fondements scientifiques (lignes directrices ICNIRP et IEEE C95.1) mais avec des transpositions reglementaires differentes.

Pour un equipement radio mis sur le marche europeen, l'exigence de protection sante repose sur l'article 3.1(a) de la directive RED 2014/53/UE, qui exige la protection de la sante et de la securite des personnes. La traduction operationnelle passe par :

  • La recommandation 1999/519/CE du Conseil, qui fixe les limites numeriques d'exposition pour la population generale, alignees sur ICNIRP 1998 puis ICNIRP 2020.
  • Les normes harmonisees EN 50360 pour les telephones portatifs utilises a proximite de la tete, EN 50566 pour les autres equipements portes pres du corps, et la serie EN 62209 (transposition CENELEC des IEC 62209) pour la procedure de mesure.

Voir La RED pour le cadre directive et Tests RED pour le detail des essais sante.

La FCC traite le SAR dans deux endroits :

  • 47 CFR 1.1307 designe les categories d'emetteurs soumis a une evaluation d'exposition RF.
  • 47 CFR 1.1310 fixe les limites numeriques (Maximum Permissible Exposure et SAR), et 47 CFR 2.1093 detaille la procedure pour les portatifs.
  • Le bulletin OET 65 (Federal Communications Commission, Office of Engineering and Technology) et ses supplements A, B et C fournissent la guidance technique d'application.
  • Les KDB publications (Knowledge Database) precisent les cas particuliers : KDB 248227 (procedure SAR generale), KDB 941225 (mmWave), KDB 447498 (modules), KDB 690783 (5G mid-band).

Voir La FCC et Tests FCC pour le cadre US.

GrandeurUnion europeenne (1999/519/CE, ICNIRP)Etats-Unis (47 CFR 1.1310)
SAR tete/tronc localise2,0 W/kg moyennes sur 10 g (6 min)1,6 W/kg moyennes sur 1 g (30 min)
SAR membres localise4,0 W/kg moyennes sur 10 g (6 min)4,0 W/kg moyennes sur 10 g (30 min)
SAR corps entier0,08 W/kg moyennes sur masse totale0,08 W/kg moyennes sur masse totale
Plage de frequences100 kHz a 6 GHz (SAR)100 kHz a 6 GHz (SAR)
Au-dela de 6 GHzDensite de puissance, ICNIRP 2020Densite de puissance, KDB 941225

Lecture : si la limite corps entier et membres convergent, la difference critique se joue sur le SAR localise tete/tronc. Aux Etats-Unis, la masse de moyennage de 1 g donne par construction des valeurs plus elevees a meme champ incident, et la limite numerique est plus basse. Le rapport de marges entre les deux regimes depend de la distribution spatiale du champ et ne se predit pas par un simple facteur scalaire.

IEC 62209 est la pierre angulaire de la metrologie SAR. Publiee par l'IEC sous l'egide du TC 106 (champs electromagnetiques dans l'environnement humain), elle est transposee en europeen sous la cote EN 62209 par CENELEC. C'est elle qui fournit la procedure pratique : protocole de calibration, geometrie du fantome, asservissement robotique, post-traitement des champs internes.

PartiePerimetrePlage de frequenceCas d'usage typique
IEC 62209-1Telephones portatifs utilises a proximite de la tete300 MHz a 6 GHzSmartphone tenu a l'oreille, telephone DECT
IEC 62209-2Dispositifs portes pres du corps30 MHz a 6 GHzMontre, capteur medical, hotspot, lunettes
IEC 62209-3Methodes multi-sources et multi-bandes30 MHz a 6 GHzSmartphone 5G + Wi-Fi + BLE simultanes
IEC 62209-4Methodes pour deriver le SAR avec scope reduit30 MHz a 6 GHzVariantes produit, simulation numerique validee

IEC 62209-1 traite le cas historique du telephone tenu a l'oreille avec le fantome SAM. IEC 62209-2 traite le cas porte au corps avec un fantome plat. La partie 3, publiee en 2019, formalise les methodes pour les produits qui emettent simultanement sur plusieurs technologies : c'est la situation par defaut sur tout smartphone moderne. IEC 62209-4, plus recente, propose des methodes pour reduire le perimetre de mesure quand on dispose d'une simulation numerique (FDTD typiquement) validee experimentalement sur une configuration de reference.

Les normes harmonisees EN reprennent le contenu IEC avec parfois un retard de publication ou des annexes specifiques au cadre RED. La correspondance courante est la suivante.

Norme ENReference IEC equivalenteStatut JOUE RED
EN 50360Methodes specifiques telephone, plus anciennesListee, en cours d'evolution
EN 50566Methodes specifiques porte au corpsListee
EN 62209-1IEC 62209-1Listee
EN 62209-2IEC 62209-2Listee
EN 62209-3IEC 62209-3En cours d'integration

Voir Normes RED pour les regles d'application des normes harmonisees et leur cycle de vie.

Une campagne SAR se deroule dans un environnement tres specifique, peu transferable depuis un laboratoire CEM classique.

Le SAM (Specific Anthropomorphic Mannequin) est defini dans IEEE 1528 et reference par IEC 62209-1. Il s'agit d'une coque en plastique a faibles pertes dielectriques, reproduisant la geometrie de la tete du 90eme percentile masculin adulte avec deux oreilles factices a position fixee. Le SAM est remplis d'un liquide equivalent tissu dont la permittivite relative et la conductivite sont ajustees a la frequence d'essai pour imiter les proprietes electromagnetiques moyennes du cerveau humain. La composition du liquide change a chaque bande : un cocktail eau / sucre / sel / agents tensioactifs typique pour le 900 MHz n'est pas adapte au 5 GHz.

Pour les essais corps, on remplace le SAM par un fantome plat : un parallelepipede en plastique a fond plat rempli du meme type de liquide. Le produit est positionne sur la face plane a la distance de separation declaree par le fabricant.

La mesure du champ electrique interne se fait avec une sonde dosimetrique miniaturisee, typiquement un capteur trois axes a diode Schottky calibre individuellement. La sonde est portee par un bras robotise a six degres de liberte qui balaie un volume predefini sous la peau du fantome. Le standard de facto du marche est la plateforme DASY de SPEAG (Schmid & Partner Engineering AG, Zurich), present dans la grande majorite des laboratoires SAR accreditites mondialement. Des alternatives existent (cSAR3D de SPEAG egalement, systemes Schmid, IndexSAR), mais DASY domine encore la litterature methodologique.

Le balayage robotise fournit une carte 3D du module du champ. Le logiciel SAR (DASY6 ou equivalent) integre numeriquement sigma * E^2 / rho sur le volume requis (1 g ou 10 g), avec l'algorithme de moyennage cubique defini par IEEE C95.3-2002. La valeur retenue est le maximum sur l'ensemble du volume scanne pour la configuration testee. Chaque configuration genere une carte, une valeur moyennee, et une trace de calibration archivee.

mmWave et basculement vers la densite de puissance

Section intitulée « mmWave et basculement vers la densite de puissance »

Au-dela d'environ 6 GHz, la profondeur de penetration du champ electromagnetique dans les tissus chute drastiquement. A 28 GHz typiquement, la profondeur de peau (skin depth) dans la peau humaine descend autour de 0,5 mm, et l'energie absorbee se concentre dans une couche superficielle ou la notion de SAR moyenne sur 1 g ou 10 g perd son sens physique : on integrerait sur un volume tres majoritairement vide d'absorption. Les organismes de normalisation ont donc opte pour une grandeur de remplacement, la densite de puissance surfacique exprimee en W/m^2.

Les lignes directrices ICNIRP 2020 et la mise a jour IEEE C95.1-2019 introduisent la densite de puissance moyennee dans le temps (Time-averaged Power Density, TPD) comme metrique de reference au-dessus de 6 GHz. La moyenne se fait sur une fenetre de 6 minutes (exposition controlee) ou 30 minutes (population generale) et sur une surface elementaire de 4 cm^2 ou 1 cm^2 selon la frequence.

Les limites typiques retenues par ICNIRP 2020 pour la population generale au-dessus de 6 GHz sont de l'ordre de 10 W/m^2 sur 4 cm^2, avec des relevements jusqu'a 200 W/m^2 par paliers selon la frequence et le scenario.

La FCC documente l'approche mmWave dans la KDB 941225, qui s'applique notamment aux bandes 24 GHz, 28 GHz, 37 GHz et 39 GHz utilisees par la 5G FR2 et certaines liaisons backhaul. La procedure combine :

  • Une mesure de densite de puissance avec sonde directionnelle.
  • Une caracterisation du diagramme d'antenne pour les antennes a balayage de faisceau (beamforming).
  • Une evaluation statistique de l'exposition en tenant compte de la duree d'activation des faisceaux.

L'IEC 62232 fournit le cadre normatif IEC pour ces mesures, complete par les guides UIT-T K-series pour les stations de base.

Plage de frequenceGrandeurNorme principaleMethodeLimite typique population generale
100 kHz a 10 MHzDensite de courant + SARICNIRP 2020Mesure courant induitVariable selon frequence
10 MHz a 6 GHzSAR localise + globalIEC 62209-1/-2/-3Fantome + sonde robotisee2 W/kg / 10 g (UE), 1,6 W/kg / 1 g (US)
6 GHz a 300 GHzDensite de puissanceIEC 62232, FCC KDB 941225Sonde directionnelle, beam scan10 W/m^2 sur 4 cm^2 (ICNIRP 2020)

La procedure de test impose une configuration du produit en pire cas : c'est l'enjeu principal de la preparation du dossier.

Le produit doit etre evalue avec :

  • Puissance maximale sur chaque bande, generalement obtenue via un firmware de test ou une commande AT specifique au chipset.
  • Tous les radios actifs dans les configurations d'usage credibles : cellulaire, Wi-Fi 2,4 GHz, Wi-Fi 5 GHz, Wi-Fi 6 GHz, BLE simultanes le cas echeant.
  • Plusieurs canaux par bande : typiquement canal bas, milieu, haut.
  • Plusieurs positions par rapport au fantome : tete gauche, tete droite, contact joue, contact a l'oreille (le cheek et le tilt du standard IEEE 1528), corps avant, corps arriere, plusieurs orientations.

Pour un smartphone multi-bandes, le nombre de configurations a tester peut depasser 100. Les techniques de simulation numerique (FDTD validee experimentalement) et de reduced test scope (IEC 62209-4) sont alors mobilisees pour cibler les pires cas et reduire le balayage robotise.

Le liquide equivalent tissu doit etre stabilise en temperature (20 a 22 degres Celsius typiquement), car sa permittivite et sa conductivite varient sensiblement avec la temperature. Une derive de plus de 2 degres pendant la session invalide les mesures. Le laboratoire calibre le liquide au debut de chaque journee et le verifie par sonde de reference.

La distance entre le produit et la face du fantome est un parametre declare par le fabricant et inscrit dans la notice utilisateur. Les valeurs courantes vont de 0 mm (contact direct) pour une montre ou un patch medical, 5 mm pour un smartphone, 10 a 15 mm pour un appareil porte sur ceinture. Sous-declarer cette distance pour faciliter le passage est un piege classique : la notice doit etre coherente, et toute mention marketing suggerant un usage plus rapproche cree un risque de non-conformite.

Tous les smartphones et la plupart des wearables modernes emettent simultanement sur plusieurs technologies : cellulaire + Wi-Fi + BLE, ou plus rarement cellulaire + cellulaire (Dual Connectivity 4G+5G).

Approche conservative : sommation des contributions

Section intitulée « Approche conservative : sommation des contributions »

La methode la plus simple consiste a mesurer le SAR de chaque radio individuellement, puis a sommer les contributions :

SAR_total = SAR_cellulaire + SAR_WiFi + SAR_BLE

Cette somme arithmetique est conservative : elle suppose que les pires cas spatiaux se superposent exactement, ce qui n'est pas le cas en realite. Elle facilite la demonstration de conformite mais penalise la marge produit.

IEC 62209-3 et la KDB 447498 admettent une mesure composite en pilotant simultanement les emetteurs a leur configuration pire cas et en relevant directement la carte SAR resultante. Le protocole demande un equipement specifique (controle synchrone des radios), une procedure de validation de la simultaneite reelle, et un post-traitement statistique. Le gain de marge peut etre significatif (typiquement 1 a 3 dB) mais le cout et la duree de campagne augmentent.

Une approche intermediaire, decrite dans plusieurs KDB FCC, consiste a appliquer un coefficient de simultaneite sur la somme arithmetique, en fonction du rapport cyclique reel des protocoles. Le coefficient se justifie par les mesures de duty cycle et de coexistence (Wi-Fi en mode CSMA/CA, BLE en duty 1 %, cellulaire en allocation par planificateur). Cette approche demande de demontrer le coefficient par caracterisation experimentale et par specification protocolaire.

Les rejets de premier passage en laboratoire SAR proviennent en grande majorite de cinq causes recurrentes.

  1. Distance de separation incoherente ou non declaree. Le fabricant fournit le produit sans avoir formalise la distance de separation a tester. Le laboratoire applique une valeur par defaut conservatrice (typiquement 0 mm pour un wearable, 5 mm pour un smartphone), et la valeur SAR depasse. La distance doit etre fixee au cahier des charges, justifiee par l'usage realiste, et inscrite dans la notice utilisateur. Voir Pieges RED pour les pieges associes a la documentation utilisateur.

  2. Mauvais fantome. Tester un wearable au contact du corps avec le fantome SAM (tete) au lieu du fantome plat (corps) est une erreur observable, mais l'inverse est plus subtil : un produit hybride (lunettes connectees qui touchent la tete et la tempe en meme temps qu'elles sont portees devant) peut imposer une double evaluation tete + corps avec deux fantomes successifs.

  3. Confusion sub-6 GHz / mmWave. Pour un smartphone 5G combinant FR1 (bande sub-6) et FR2 (bande mmWave), il faut SAR sur FR1 et densite de puissance sur FR2, dans la meme campagne mais avec deux protocoles distincts. Confondre les deux ou tester seulement l'un des deux est un motif de rejet immediat par le TCB FCC. La KDB 941225 doit etre lue avant la phase test, pas decouverte au rapport.

  4. Sous-evaluation des configurations multi-radio. Le dossier ne couvre que le cellulaire seul et omet la combinaison cellulaire + Wi-Fi + BLE. Le TCB demande une evaluation complementaire ou un calcul de SAR agregee selon IEC 62209-3. Resultat : 1 a 3 semaines de delai supplementaire et une seconde session de laboratoire.

  5. Calibration du liquide perimee. Le liquide equivalent tissu doit etre re-titre periodiquement (typiquement tous les 1 a 3 mois selon le laboratoire). Un rapport produit avec un liquide hors validite est rejete par le TCB. La verification est administrative mais souvent omise lors de l'audit du dossier. Voir Pieges FCC pour les pieges d'audit dossier.

La Hearing Aid Compatibility (HAC), encadree aux Etats-Unis par 47 CFR 20.19, exige que les telephones mobiles soient testes pour leur emission de champ proche dans la bande audio (a 1 kHz typiquement) et leur couplage avec les protheses auditives. Bien que distincte du SAR (les fantomes, les bandes et les criteres different), la campagne HAC est souvent organisee en parallele du SAR car :

  • Le produit est deja sur le banc en configuration pire cas.
  • Les laboratoires equipes SAR sont generalement equipes HAC.
  • Le calendrier de campagne globale est ainsi optimise.

Les criteres HAC sont M3 ou M4 pour le couplage magnetique audio et T3 ou T4 pour le couplage T-Coil, avec M4/T4 plus stricts que M3/T3. Voir le glossaire pour la definition complete des termes : SAR, HAC, MPE.

Pour planifier le budget et le delai d'une mise sur le marche, voici les ordres de grandeur observes pour une campagne menee dans un laboratoire europeen accredite ISO/IEC 17025 et reconnu FCC.

Type de produitConfigurations typiquesDuree campagneCout indicatif
Wearable mono-bande BLE4 a 83 a 5 jours4 000 a 8 000 EUR
Smartphone 4G LTE multi-bandes20 a 501 a 2 semaines12 000 a 25 000 EUR
Smartphone 5G FR1 + FR2 (mmWave)50 a 100+3 a 4 semaines25 000 a 50 000 EUR
Dispositif medical porte au corps5 a 151 semaine6 000 a 12 000 EUR
Lunettes connectees (tete + corps)10 a 251 a 2 semaines10 000 a 18 000 EUR

Le cout depend principalement du nombre de configurations a evaluer, et secondairement de la mobilisation du robot pour les balayages les plus longs (mmWave en beamforming actif peut multiplier les durees). Une campagne dual UE + US dans un laboratoire FCC-MRA permet de produire un rapport unique exploitable des deux cotes, sous reserve d'avoir specifie la double couverture au devis. Voir Couts de certification pour le cadre budgetaire global.

  • Le SAR mesure la puissance RF absorbee par unite de masse de tissu. Limites UE : 2 W/kg sur 10 g ; limites US : 1,6 W/kg sur 1 g. La masse de moyennage compte autant que la valeur numerique.
  • La metrologie est portee par IEC 62209. Quatre parties couvrent les telephones (1), les portes au corps (2), les multi-sources (3) et les methodes derivees a scope reduit (4).
  • Les fantomes sont specifiques. SAM pour la tete, fantome plat pour le corps, remplis de liquide equivalent tissu calibre par bande.
  • Au-dela de 6 GHz, le SAR est remplace par la densite de puissance (TPD), normee par IEC 62232 et la KDB FCC 941225 pour la mmWave 5G FR2.
  • La distance de separation declaree est un parametre critique du dossier : a fixer en amont et a verifier dans toute la documentation utilisateur.
  • Une campagne multi-bandes prend 2 a 4 semaines pour un produit complet, plus si beamforming actif ou emission multi-radio simultanee.

Pour la mise en pratique cote UE, voir Tests RED. Cote US, voir Tests FCC. Pour les definitions des termes utilises, voir le Glossaire.

Sources & références

  1. IEC 62209-1:2016, Procedure de mesure du SAR pour les terminaux mobiles tenus a la main (300 MHz a 6 GHz) , IEC webstore.iec.ch/publication/24960
  2. IEC 62209-2:2010, Procedure de mesure du SAR pour les dispositifs portes pres du corps , IEC webstore.iec.ch/publication/6571
  3. IEC 62209-3:2019, Methodes pour les dispositifs multi-sources et multi-bandes , IEC webstore.iec.ch/publication/27585
  4. FCC OET Bulletin 65, evaluation de l'exposition aux champs RF , FCC OET www.fcc.gov/general/oet-bulletins-line
  5. 47 CFR paragraphe 1.1310, limites d'exposition aux champs RF , FCC / eCFR www.ecfr.gov/current/title-47/chapter-I/subchapter-A/part-1/subpart-I/section-1.1310
  6. Recommandation 1999/519/CE relative a la limitation de l'exposition du public aux champs electromagnetiques , EUR-Lex eur-lex.europa.eu/eli/reco/1999/519/oj
  7. ICNIRP 2020 Guidelines, exposition aux champs electromagnetiques 100 kHz a 300 GHz , ICNIRP www.icnirp.org/en/publications/article/rf-guidelines-2020.html