4G, Wifi, télévision : zoom sur les fréquences électromagnétiques

On en parle, on en parle, mais on en sait que très peu sur les fréquences radioélectriques. Souvent décriées, voire considérées comme nocives pour la santé, elles font pourtant partie de notre quotidien. Télévision, téléphone mobile ou encore WiFi, nombreuses sont les technologies nécessitant l’usage des radiofréquences. S’il est encore difficile de démêler le vrai du faux à leur sujet, une chose est sûre : ces dernières ne laissent personne indifférent. Mais au fait, c’est quoi une fréquence ?

  • L'essentiel
  • Les ondes électromagnétiques servent à transporter l'information dans l'espace.
  • On parle de radiofréquence pour définir le nombre d'oscillations d'une onde par seconde. La fréquence est mesurée en Hertz.
  • Les fréquences sont utilisées en téléphonie mobile, pour les réseaux sans fil comme le WiFi ou encore pour la télévision terrestre et satellite. Pour souscrire une offre mobile ou internet, appelez Selectra au 09 75 18 33 47 ou demandez à être rappelé gratuitement.
  • Bien que les risques des ondes électromagnétiques n'ont jamais été prouvés, il est conseillé de prendre certaines précautions.

Qu’est-ce-que les fréquences ?

Les fréquences : définition

A la fois considérées comme essentielles pour les télécoms et potentiellement dangereuses pour la santé (les risques n’ont pas encore été prouvés), les fréquences radioélectriques sont aujourd’hui encore au cœur de nombreux débats. Pourtant, leur utilisation ne date pas d’hier. C’est à Heinrich Rudolf Hertz que l’on doit la découverte des ondes radioélectriques, aussi appelées ondes hertziennes, au XIXème siècle. Par la suite, cette découverte sera exploitée par de nombreux inventeurs et physiciens dans le but de développer un système de transmission sans fil. C’est ainsi que les communications radioélectriques ont vu le jour.

Pour mieux comprendre le fonctionnement des communications radioélectriques, il est avant tout nécessaire de se pencher sur le rôle des ondes et des champs électromagnétiques. Lorsque des charges électriques sont produites, on parle de champ électrique. Tandis que lorsque ces charges se déplacent, on parle de champ magnétique. Un champ électromagnétique correspond donc aux propriétés électriques et magnétiques d’un point dans l’espace. Il permet le transport d’énergie sans support matériel.

Onde électromagnétique fonctionnement

La variation du champ électromagnétique dans le temps à la suite de l’émission d’une source provoque la création d’une onde électromagnétique qui se déplace de façon ondulatoire et linéaire à la vitesse de la lumière.

On parle de fréquence d’une onde pour définir son nombre d’oscillations par seconde. Elle est exprimée en Hertz (Hz). Il existe différents types d’ondes (radioélectriques, optiques, etc,...) qui correspondent chacune à des bandes de fréquences différentes. La fréquence a aussi un impact sur la longueur d’onde qui est la distance en mètre entre chaque oscillation. Plus la fréquence est élevée, plus la longueur d’onde est petite et donc, moins elle “pénètre” dans un bâtiment. Par exemple, une connexion WiFi utilisant la bande 5 GHz aura tendance à moins traverser les murs que si elle passe par la bande 2,4 GHz.

Dans le cas d’onde radioélectrique, la bande de fréquence utilisée est inférieure à 300 GHz ce qui correspond à une longueur d’onde dans le vide supérieure à 1 millimètre.

Calcul des fréquences Un Hertz est égal à une oscillation par seconde.

Comment fonctionnent les radiofréquences ?

Pour fonctionner, une radiocommunication doit être constituée d’un émetteur qui produit un signal modulé, d’une antenne radioélectrique émettrice afin de rayonner l’onde, d’un espace dans lequel l’onde est conduite et d’une antenne radioélectrique réceptrice afin de capter l’onde.

La transmission d’une information (le signal) s’effectue alors grâce à la modulation constante soit de l’amplitude, de la fréquence, de la phase ou encore de la largeur de l'impulsion de l’onde. Par exemple, pour la radio AM, c’est l’amplitude de l’onde qui module. Tandis que pour la radio FM, c’est la fréquence qui module.

Pour mieux comprendre le fonctionnement de la radiocommunication, prenons l’exemple de la téléphonie mobile. Lors d’un appel téléphonique, c’est la voix qui est transmise dans l’espace grâce aux ondes. C’est ensuite le microphone du téléphone portable qui va transformer la voix en onde électromagnétique, d’abord en “mode conduit” à l’intérieur du portable, puis en “mode rayonné” par l’antenne du portable grâce à l’onde porteuse. L’onde radioélectrique qui va sortir du téléphone sera alors reçue par l’antenne relais la plus proche de l’opérateur mobile. Elle sera alors transmise via le réseau au correspondant.

Dans le cas de la téléphonie mobile, il est important de distinguer deux types d’ondes :

  • l’onde “source” qui contient l’information à transmettre entre deux points qui n’est pas réellement adaptée à la transmission directe, car elle est de l’ordre du kilohertz.
  • l’onde “porteuse”, de l’ordre de 1 GHz, qui permet à l’onde “source” d’atteindre cette fréquence qui est plus adaptée à la transmission radioélectrique.
 

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Les différents types de fréquences

Il est possible de distinguer différents types de fréquences dont chacune vont servir à un usage différent. On peut les classifier en deux catégories : les fréquences à rayonnement non ionisants et celles à rayonnement ionisant, c’est-à-dire que l’énergie transportée par ces dernières est assez importante pour entraîner des modifications moléculaires de la matière vivante.

Parmi les rayonnements non ionisants, il y a :

  • les basses fréquences utilisées pour les lignes électriques, par exemple
  • les radiofréquences utilisées pour la télévision, la radio, le WiFi, la téléphonie mobile, les talkies-walkies, etc…
  • les rayonnements infrarouges qui sont produits par le chauffage, les détecteurs de mouvement, les télécommandes, etc,...
  • une partie des rayonnements ultraviolets (UV) naturels provenant du soleil (par exemple les UVA et UVB) ainsi que ceux produits dans les instituts d’UV.

Parmi les rayonnements ionisants, il y a :

  • certains rayonnements ultraviolets observés au-delà de la couche d’ozone
  • les rayons X, utilisés notamment pour imagerie médicale
  • les rayons gamma

Les canaux et bandes de fréquences

Les bandes de fréquences sont des plages de fréquences qui ont des propriétés similaires ainsi que des utilisations particulières. Elles peuvent encore être divisées en sous-bandes. Par exemple, en télévision terrestre seules les bandes IV et V (470 à 860 MHz) des Ultra Hautes Fréquences (UHF) sont utilisées. Tandis qu’en téléphonie mobile, les UHF sont réparties entre les différents standards existants (GSM, UMTS et LTE) et les opérateurs.

Par ailleurs, un autre facteur est à prendre en compte dans l’usage des radiofréquences : les canaux. Ces derniers sont composés de portions de fréquences dont la largeur dépend du service concerné ainsi que de la “richesse” de l’information. Plus elle est riche, plus le canal doit être large. L’utilisation de canaux permet de limiter les interférences avec d’autres appareils qui sont l’un des inconvénients des radiofréquences.

L’exemple du WiFi illustre encore une fois bien le lien entre bandes de fréquences et canaux. Cette technologie sans fil est utilisable en bande 2,4 GHz et 5 GHz (selon la compatibilité du protocole utilisé). Si votre connexion WiFi passe pas une bande de fréquence de 2,4 GHz, vous aurez alors le choix entre 13 canaux différents correspondant chacun à un certain nombre de fréquence qui aura une influence sur la portée de votre réseau sans fil. Si vous êtes à la recherche d'une connexion Internet de meilleure qualité, les conseillers de Selectra peuvent vous aider. Appelez le 09 75 18 33 47 ou demandez à être rappelé gratuitement.

Les réglementations autour des fréquences et de leur attribution

C’est l’Union Internationale des Télécommunications (UIT) qui réglemente le domaine des radiocommunications. L’UIT a établi un règlement des communications par radiofréquences dans lequel les ondes hertziennes sont définies de la manière suivante : “ondes électromagnétiques dont la fréquence est par convention inférieure à 300 GHz, se propageant dans l'espace sans guide artificiel ». D’après la définition de l’UIT, les ondes radioélectriques sont comprises entre 9 kHz et 300 GHz ce qui correspond à des longueurs d'onde de 33 km à 1 mm. Quant aux ondes inférieures à 9 KHz, ce sont aussi des ondes radio, mais elles ne sont soumises à aucune réglementation.

En France, les radiofréquences appartiennent au domaine public de l’Etat. C’est l’Agence Nationale des Fréquences (ANFr) qui est chargée de la gestion des bandes de fréquences, et des sites, de l’assignation des fréquences, de la gestion des fréquence pour le compte des affectataires et du contrôle. Pour assigner les fréquences, elle travaille en lien étroit avec des services affectataires parmi lesquels on retrouve l'ARCEP (Autorité des Régulations des Communications Electroniques et des Postes) et le CSA (Conseil Supérieur de l'Audiovisuel).

Cela signification que les bandes de fréquences ne sont pas mises à disposition des opérateurs de téléphonie mobile gratuitement, mais qu’elles doivent être achetées. Elles sont, en général, mises en vente aux enchères.

Les usages des radiofréquences

La radio AM et FM

infographie radiofréquences
Les différents usages des fréquences radioélectriques

Sans grande surprise, les radiofréquences sont utilisées pour la radiodiffusion. Les sigles AM et FM sont d’ailleurs directement liés aux ondes, puisque AM désigne la modulation de l’amplitude de l’onde et FM la modulation de la fréquence de l’onde porteuse.

Pour émettre, la radio AM utilise des fréquences comprises entre 300 KHz et 3 MHz appelées MF (Moyennes Fréquences). Tandis que la radio FM émet sur la bande THF (Très Hautes Fréquences), c’est-à-dire des fréquences entre 30 MHz et 300 MHz. En France, la bande de fréquences utilisée par les émetteurs de radiodiffusion FM se situent généralement autour de 100 MHz.

L’utilisation des fréquences pour la télévision et la TNT

Comme son nom l’indique, la télévision hertzienne utilise les ondes électromagnétiques pour émettre. C’est la bande UHF (Ultra Haute Fréquence), aussi appelée “fréquences en or”, qui correspond à toutes les fréquences comprises entre 300 MHz et 3 GHz qui est utilisée.

Avant 2011, la télévision analogique utilisait la bande des 800 MHZ (les fréquences comprises entre 791 MHz et 862 MHz), tandis que la TNT utilisait les fréquences UHF comprises entre 470 MHz et 694 MHz. Mais avec l’arrêt de la télévision analogique en 2011, la bande des 800 MHz a pu être libérée permettant ainsi à la TNT de l’utiliser. En 2016, la généralisation de la norme MPEG-4 (Moving Picture Experts Group) a permis à la TNT de libérer la bande des 700 MHz afin qu’elle soit réattribuée au secteur de la téléphonie mobile pour le développement de la 4G. Cette libération se fait progressivement par zone géographique. Elle devrait être terminée en 2019.

La télévision par satellite utilise la bande SHF (Super Haute Fréquence) qui est comprise entre 3 GHz et 30 GHz.

La téléphonie mobile et les réseaux 4G, 2G et 3G

L’achat des fréquences par les opérateurs français

En téléphonie mobile, l’utilisation des fréquences constitue un véritable enjeu pour les différents opérateurs puisqu’elles vont servir à déployer leur réseau. En France, Orange, Bouygues Telecom, SFR et plus récemment Free se partagent les différentes bandes de fréquences qui leur sont attribuées par l’ARCEP.

En plus du nombre de bandes détenues, un autre facteur va entrer en compte pour les opérateurs : la largeur de la bande. Cette dernière a un impact direct sur le débit maximum qu’il est possible d’atteindre et de proposer un service de meilleure qualité.

Le déploiement de la 4G en France Le 16 novembre 2015 l’Arcep (Autorité de régulation des communications électroniques et des postes) a mis aux enchères les fréquences de la bande 700 MHz (694-790 MHz), auparavant utilisée par la TNT, aux quatre opérateurs de téléphonie mobile ayant déposé une candidature pour participer à cette vente : Orange, Bouygues Telecom, Free et SFR Altice. L’intérêt de cette bande ? Elle permet aux principaux opérateurs de pouvoir déployer leur réseau 4G en France ; d’autant plus que la bande 700 MHz est particulièrement adaptée à la couverture des zones rurales et à l’intérieur des bâtiments. En tout, ce sont six blocs de fréquence 5 MHz chacun qui ont été vendus. Si vous êtes à la recherche d'un nouveau forfait 4G, appelez Selectra au 09 75 18 33 47 ou demandez à être rappelé gratuitement par un de nos conseillers.

Les fréquences 4G, 3G et 2G

En France, la téléphonie mobile se divise en trois standards : GSM (Global System for Mobile Communications), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) et LTE (Long Term Evolution). Ces trois systèmes utilisent également les UHF.

Le système GSM, dit de deuxième génération (2G), permet de transmettre la voix et des textes courts comme des SMS. En France, ce sont les bandes 900 et 1800 MHz qui sont utilisées.

Le système UMTS qui est la troisième génération (3G) permet en plus le transfert rapide d’images, de sons et de vidéos. Ce sont la bande 900 MHz et les bandes des 1900-2100 MHz qui sont utilisées.

Enfin, le système LTE, dit de quatrième génération (4G) est une évolution des deux systèmes précédents. Grâce à ses débits rapides, il permet des téléchargements de fichiers volumineux ainsi que la création de nouveaux services dont la visiophonie, les MMS vidéo ou encore la vidéo à la demande. Pour le système LTE, les bandes 700, 800 et 1800 MHz qui sont utilisées. Depuis le 16 juin 2017, l’ARCEP a autorisé Bouygues Telecom et SFR à utiliser la bande des 1900-2100 MHz pour déployer leur réseau 4G.

Bien qu’elle ne soit pas encore disponible, l’ARCEP prépare déjà l’arrivée de la 5G en France. L’autorité prévoit notamment d’attribuer des fréquences de 2,6 GHz et 3,5 GHz, afin de permettre aux opérateurs de déployer la 5G et l’internet fixe THD (Très Haut Débit) d’ici 2020.

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La compatibilité des téléphones portables avec les bandes de fréquences

Bi-bandes, tri-bandes ou quadri-bandes sont des termes qui reviennent souvent au moment de l’achat d’un téléphone mobile. Pourtant, il est bien difficile de comprendre ce qu’ils signifient réellement. Ces termes désignent en réalité les bandes de fréquences avec lesquelles un téléphone est compatible. Pour pouvoir utiliser son mobile depuis l’étranger, il est préférable de choisir un smartphone compatible avec plusieurs bandes de fréquences.

Selon les pays, les fréquences utilisées pour tel ou tel standard ne sont pas les mêmes qu’en France. Le bi-bande correspond ainsi aux fréquences GSM-900 et GSM-1800. Ce sont celles utilisées en France et dans la plupart des pays européens. Le tri-bande est surtout utilisé en Amérique du Nord et correspond aux fréquence GSM-850 et GSM-1900. Enfin, les téléphones quadri-bandes peuvent utiliser les quatre fréquences GSM : 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz et 1900 MHz. Avant de partir à l’étranger, il est donc essentiel de vérifier la compatibilité de votre téléphone avec votre pays de destination.

WiFi, WiMax, Bluetooth : les fréquences des réseaux sans fil

Le WiMax

Le WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) permet la transmission de données sans fil. Cette technologie, au premier abord proche du WiFi (Wireless Fidelity), a été conçue pour la couverture de grandes surfaces. Le WiMax utilise la bande SHF et plus particulièrement, la fréquence 3,5 GHz.

Le WiFi

Le WiFi fonctionne aussi avec des ondes électromagnétiques. Cette technologie de transmission de données sans fil se décline en plusieurs protocoles qui sont compatibles avec les bandes de fréquences 2,4 GHz et/ou 5 GHz. Ces dernières ont un impact sur la portée du WiFi, mais aussi sur le débit de transmission.

Bluetooth

Le Bluetooth est une technologie qui permet l’échange de données à très courte distance et de façon bidirectionnelle grâce à l’utilisation des ondes UHF et notamment de la bande de fréquence 2,4 GHz.

Les risques des radiofréquences sur la santé et l’environnement

Les fréquences radioélectriques sont souvent décriées à cause des risques sanitaires et environnementaux qu’elles présenteraient. Les antennes-relais, la radiotéléphonie et plus généralement l’exposition aux ondes radio sont considérées par certains scientifiques comme étant nocives pour la santé et seraient aussi à l’origine de pollution électromagnétique, également appelée smog électromagnétique. De nombreuses études ont été menées à ce sujet et si aucune n’a pu réellement prouver les risques, en 2011, le Centre International de Recherche sur le Cancer (CIRC) affilié à l’OMS (Organisation Mondiale de la Santé) a classé les champs électromagnétiques de radiofréquences (dont ceux de la téléphonie mobile) parmi le groupe 2B, c’est-à-dire les éléments potentiellement cancérigènes pour l’Homme.

Pour minimiser les risques, le Parlement européen et du Conseil a mis en place une directive concernant les équipements hertziens et les équipements terminaux de télécommunications. Ces derniers doivent répondre à des exigences de conformité strictes en termes de protection de la santé et sécurité des usagers afin d’être mis en vente et en service. Cette directive concernent notamment les téléphones mobile.

Le Ministère de la santé recommande également certaines précautions particulières sur l’usage des téléphones mobile comme :

  • téléphoner avec une oreillette
  • privilégier les SMS
  • ne pas téléphoner dans les zones de mauvaise réception
  • s’informer sur son équipement

La liste complète de ces précautions est à retrouver sur le site lesondesmobiles.fr.

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