Les réseaux mobiles ont fondamentalement évolué depuis leur première génération (1G, dans les années 1980), jusqu’à la récente mise en place de la cinquième. Ce nouveau standard promet de fluidifier le réseau existant, d’améliorer la qualité des nouveaux usages nés avec la 4G (streaming, réalité virtuelle…) et de révolutionner certaines applications industrielles.
La 5G est en phase de déploiement en France depuis fin 2020 et est déjà commercialisée à l’étranger (Corée du Sud, États-Unis, Chine), avec la promesse d’un réseau sensiblement plus fluide et de nouvelles possibilités d’utilisation des technologies de télécommunications. En effet la 5G ne se positionne pas en remplacement de la 4G - qui répond déjà aux attentes des utilisateurs dans les zones de couverture - mais comme une ouverture vers de nouvelles possibilités d’applications innovantes.
Les enjeux politiques de la 5G - vente aux enchères des fréquences, concurrence entre les équipementiers - influencent le déploiement. Les problématiques liées à la santé et la sécurité font l’objet de débats, alors que les aspects techniques et les singularités de ce réseau ne sont pas compris.
Évolution du débit et des applications des générations de réseaux de télécommunication. Infographie ©Leila MOUNSIF
Un réseau adapté aux usages
Définition : La bande fréquentielle
En télécommunications les informations sont portées par des ondes, caractérisées par leur fréquence. En fonction de la valeur de la fréquence, les propriétés des ondes sont différentes. Les fréquences disponibles sont répertoriées par l’Agence nationale des fréquences (AFNR) qui attribue des blocs de fréquences aux applications de télécommunications, en fonction de la technologie à déployer et des fréquences disponibles - qui ne sont pas déjà dédiées à un usage. Par exemple, la bande de fréquence réservée à la radio commerciale FM s’étend de 87,5 à 108 MHz. Concernant la téléphonie mobile, chaque génération (de la 1G à la 5G) est associée à un standard (AMPS pour la 1G, GSM pour la 2G, UMTS pour la 3G et LTE pour la 4G) auquel est attribué une bande de fréquence.
Un atout de la 5G est la promesse d’un très haut débit et d’une faible latence, l’Agence nationale des fréquences (ANFR) mentionne “une fibre sans-fil”. Mais pour relever ce défi, le choix de la bande fréquentielle pour les transmissions est crucial. Le réseau s’appuiera sur une catégorie d’ondes dites “millimétriques” - dont la longueur d’onde est de l’ordre du millimètre. Elles ont la particularité d’avoir une portée très courte (quelques centaines de mètres) mais augmenteraient considérablement le débit atteignable.
Le déploiement de ce réseau nécessitera l’installation de nouvelles antennes. Celles-ci seront directionnelles et permettront d’orienter le rayonnement sur des zones où le réseau est fortement congestionné (telles que des gares, des centres-ville, des stades). Ainsi ce pouvoir de focalisation compense la faiblesse de la portée des ondes. Seulement, le haut débit, la faible latence et la robustesse à une haute densité d’utilisateurs ne sont pas accessibles simultanément. Cela met en évidence l’importance d’un réseau configurable et adaptable aux conditions d’usages en temps réel. Ainsi grâce à un protocole de priorisation, il serait possible de privilégier une des ces performances en fonction du besoin des utilisateurs et de leurs localisations. A présent, le débit disponible est distribué équitablement aux utilisateurs connectés au réseau. Cependant, un utilisateur qui envoie un message a un besoin en débit moins important et plus court qu’un utilisateur qui souhaite télécharger une vidéo en haute qualité. En adaptant l’allocation de débit aux utilisateurs selon leurs besoins en temps réels, la distribution du débit disponible serait optimisée.
Le nouveau visage des télécommunications
La 5G constitue actuellement une simple augmentation de débit, par rapport aux réseaux déjà existants. Mais elle est présentée comme une technologie de rupture - bien qu’elle ne remplacera pas les générations précédentes - et présage d’une modification profonde des usages de la télécommunication sur le long terme. En effet, au-delà de l’augmentation du débit affecté aux applications de divertissement déjà existantes (cloud gaming, téléchargement de données…), ce réseau verra sans doute l’émergence d’un ensemble d’applications absentes de notre quotidien. D’ailleurs une nouvelle conception de la ville semble visée, composée d’un écosystème d’objets communicants (voitures autonomes, objets domotiques pilotés à distance...) qui permettraient d'optimiser la gestion de l’électricité ou de l’éclairage public. Toutefois, le danger serait de confier la totalité du fonctionnement des villes à une même technologie et d’en être dépendant.
Dans les industries, la 5G trouverait également sa place, en améliorant la gestion des stocks, la remontée de pannes en augmentant le nombre de machines connectées au réseau ou encore l’organisation de la ligne de production en s’affranchissant de câbles. Aussi la latence réduite des communications pourrait profiter à la télémédecine (déjà permise par la fibre), grâce à laquelle des opérations pourraient être réalisées à distance et sans fil.
Néanmoins la nécessité d’implanter de nouvelles antennes pose la question de l’intégration à l’urbanisme. Afin de ne pas encombrer le paysage urbain, des antennes de forte portée seraient installées à l’extérieur des villes et assureraient la continuité de la connexion en redistribuant le signal à des antennes plus petites ajoutées aux mâts des réseaux 3G/4G déjà existants, qui cibleraient les utilisateurs à proximité.
La 5G s’insère dans le débat
Légitimement, les singularités de ce nouveau réseau suscitent de nombreux débats. Premièrement, les particuliers s’interrogent sur la nécessité de déployer un réseau plus performant alors que la fracture nationale de couverture 4G n’est pas résolue. De plus, c’est une vision centrée sur la ville qui est présentée, marginalisant ainsi les zones rurales.
Bien entendu, les intérêts économiques des nouvelles applications, de l’automatisation, et du désengorgement du réseau constituent un argument en faveur de la 5G. D’ailleurs, on assiste en 2020 à une véritable bataille des équipementiers - qui fabriquent et disposent les équipements électroniques indispensables au déploiement du réseau (Ericsson et Nokia sont les deux équipementiers européens). Cela s’explique par les enjeux de souveraineté et de sécurité nationale. En effet, les équipementiers pourraient avoir accès aux données des utilisateurs et les gouvernements sont méfiants face aux compagnies étrangères. Concernant la bande de fréquence utilisée - inscrite au patrimoine immatériel national, les opérateurs français ont acquis des blocs lors d’une vente aux enchères fin 2020, afin de se partager la bande disponible.
La pertinence des fréquences acquises par les opérateurs pour le déploiement de la 5G est également interrogée par l’Organisation météorologique mondiale (OMM). En effet, elles sont très proches des fréquences utilisées par les satellites météorologiques et le nouveau réseau de télécommunication interfère avec les instruments de mesure. Cela est problématique car l’observation du changement climatique ou les prévisions météo sont alors perturbées.
La 5G se positionne également dans le débat environnemental, car les économies d’énergie font partie du cahier des charges de ce réseau. Par exemple, les nouvelles antennes seraient moins voraces en énergie, car elles pourraient être désactivées lorsque la demande diminue. Cependant, l’économie d’énergie réalisée sur une transmission par rapport aux antennes 3G/4G ne suffira pas à compenser l’énergie totale dépensée pour l’ensemble des transmissions qui tendent à fortement augmenter. Ainsi ce n’est pas la 5G en tant que technologie de télécommunication qui sera consommatrice de ressources énergétiques mais bien son utilisation par les particuliers et les industries. A l’instar de l’impact sur la santé, c’est l’utilisation du téléphone plus que de la technologie du réseau qui est remise en cause.
De plus, le coût environnemental dû à l’extraction de ressources pour la fabrication de téléphones compatibles et des nouvelles antennes est également non négligeable. De plus, les personnes (enfants et adultes) employées pour exploiter les ressources minières du numérique travaillent dans des conditions déplorables, avec des conséquences lourdes sur leur santé et sans garantie de revenus décents. Finalement, les avancées technologiques répondent aux besoins que nous exprimons à travers nos usages, à nous de les choisir pour orienter consciemment le progrès.
En savoir plus
Pour la compréhension à haut niveau, un entretien avec X. Lagrange, IMT Atlantique – Institut Mines-Télécom
Pour comprendre la vente aux enchères des blocs de fréquences, un article de Reporterre “L’attribution des fréquences 5G attaquée en justice”,
Pour les aspects concernant la santé, un rapport de l’OMS, “Champs électromagnétiques et santé publique : technologies sans fil”
Pour aller plus loin dans la technique, une étude sur l’allocation de ressources.
M. Manini, C. Gueguen, R. Legouable and X. Lagrange, "Study of MIMO Channel Matrices Correlation to Optimize Resource Allocation Algorithms in Multi-Users 5G," 2019 12th IFIP Wireless and Mobile Networking Conference (WMNC), Paris, France, 2019, pp. 162-166, doi: 10.23919/WMNC.2019.8881567
Article paru dans Je Science donc J'écris n°25 - Février 2021
