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Le professeur Leuthold dirige l’Institut des ondes électromagnétiques de l’EPF de Zurich. Cela vous semble compliqué? Il sera d’autant plus facile de comprendre son explication sur la 5G et ce que la nouvelle norme de téléphonie mobile apporte à notre société.
Vous explorez quelque chose qu’on ne peut même pas voir. Comment développe-t-on une passion pour une telle discipline?
J’ai étudié la physique parce que je voulais comprendre comment fonctionne la nature. Lors d’un cours de physique pour débutants, un professeur nous a confrontés à quatre équations mathématiques: les équations dites de Maxwell. Elles peuvent être utilisées pour décrire tous les phénomènes d’électricité, de magnétisme ou d’ondes électromagnétiques. J’ai été fasciné par le fait que quatre équations suffisent pour décrire les moteurs électriques, la transmission de l’énergie, la communication mobile ou la lumière.
Et maintenant, après des années de recherches et d’enseignement, comprenez-vous la nature?
Disons les choses ainsi: la question de savoir ce qu’est la lumière, par exemple, ne trouve pas de réponse claire à ce jour. Nous pouvons décrire les phénomènes à l’aide de formules physiques, mais je pourrais tout de même utiliser une chaîne d’arguments afin de montrer à un physicien qu’il n’a pas entièrement compris le phénomène de la lumière. Il y a des choses que l’on ne peut que constater.
Cela vous ennuie-t-il?
Non, c’est fascinant.
Sans parler mathématiques, que sont les rayonnements électromagnétiques?
Les rayonnements électromagnétiques sont des ondes qui oscillent dans des gammes de fréquences très diverses. Ils transportent un champ électrique et magnétique. Nous les percevons via des phénomènes très différents. Par exemple, nous émettons tous des ondes électromagnétiques: lorsque les mains s’approchent, nous ressentons leur chaleur sous forme de rayonnement infrarouge électromagnétique. Les rayons lumineux visibles sont des rayons électromagnétiques. Un moteur électrique fonctionne uniquement grâce aux ondes électromagnétiques. Et toute la technologie des téléphonie mobile utilise également des champs électromagnétiques.
En termes de téléphonie mobile, comment fonctionne par exemple une antenne qui envoie des rayonnements électromagnétiques à mon téléphone portable?
Imaginez un ordinateur portable équipé d’une DEL. Elle indique que l’appareil est prêt à fonctionner. Cette DEL clignote toutes les secondes. Si l’ordinateur portable est dans le couloir et que je suis allongé dans la chambre avec la porte légèrement ouverte, je vois cette petite lumière s’allumer et s’éteindre sans cesse pendant la nuit. Un léger clignotement
…et ça m’embête toute la nuit.
Exactement. Parce que vos yeux, ou pour revenir à notre sujet, votre téléphone portable, a de bons capteurs qui détectent ce clignotement. C’est ainsi que fonctionne une antenne de téléphonie mobile. Elle envoie une impulsion sous forme d’une onde électromagnétique. Cette impulsion est faible lorsqu’elle atteint enfin le récepteur. Le récepteur est cependant extrêmement sensible afin de pouvoir capter l’information.
Nos yeux ne sont pas capables de percevoir les ondes électromagnétiques. A quoi ressemblerait le monde si nous pouvions faire cela?
Si nos yeux pouvaient voir les ondes dans le spectre des fréquences de téléphonie mobile, le ciel aurait un aspect complètement différent. Il serait toujours bien éclairé, car l’univers est rempli de sources radioélectriques électromagnétiques. Et bien sûr, on remarquerait aussi ce clignotement discret un peu partout: les signaux provenant des téléphones mobiles ou des antennes. Dans un tel monde, de nombreuses façades de maisons seraient presque transparentes. C’est pourquoi nous profitons d’une réception mobile dans nos logements: les ondes traversent diverses parois dans la gamme de fréquences du réseau mobile.
Swisscom a acheté des fréquences autour de 700 mégahertz et de 3,5 gigahertz. Quels sont les avantages de ces différents paquets de fréquences?
Des fréquences plus élevées permettent de transmettre davantage d’informations car les ondes oscillent plus rapidement. Cela permet d’accroître l’efficacité. Elles présentent également davantage de gammes de fréquences inutilisées. En revanche, la propagation est moins bonne à des fréquences plus élevées: les ondes hautes fréquence pénètrent moins bien dans les enveloppes des bâtiments par exemple. A des fréquences plus basses, les ondes oscillent moins rapidement, mais elles pénètrent plus facilement dans les murs.
Les nouvelles fréquences signifient-elles que de nouvelles antennes de téléphonie mobile doivent être construites partout?
La 5G signifie principalement que nous travaillons avec de meilleurs logiciels et du meilleur matériel. La norme n’a rien à voir avec le choix des fréquences. La coïncidence veut que la 5G soit lancée en même temps que les fréquences nouvellement mises aux enchères. Mais parlons d’abord du logiciel. La 5G profite d’un protocole amélioré. Un protocole de communication organise la façon dont les émetteurs et les récepteurs communiquent entre eux. Le protocole 5G offre des connexions beaucoup plus fiables et rapides.
Le matériel 5G a également été amélioré afin qu’une plus grande quantité de données puisse être transmise avec des signaux plus faibles. Cela nécessite toutefois de nouveaux dispositifs du côté des émetteurs et des récepteurs. Mais revenons à la question du nombre d’antennes. Plusieurs raisons expliquent le besoin d’antennes supplémentaires. Notamment la forte augmentation du trafic de données. Quelle que soit l’efficacité de la nouvelle technologie, les sites ne disposent plus de grandes réserves.
Qu’est-ce qui rend ce protocole meilleur? Ou pour éviter de basculer dans un discours trop technique, qu’est-ce qui rend la norme 5G meilleure?
Voici quelques exemples: aujourd’hui, lorsque j’utilise la 4G sur mon téléphone portable pour appeler via Whatsapp, j’ai des interruptions à répétition, car le protocole n’organise pas l’échange de données entre le téléphone portable et l’antenne de la manière la plus efficace possible. Avec le protocole 5G, il devrait y avoir moins d’interruptions. Avec la 4G, je peux piloter 100 appareils en même temps, mais je ne peux pas transmettre de très grandes capacités à un seul appareil.
Ce regroupement est uniquement possible avec la 5G. La communication en temps réel n’est pas non plus possible avec la 4G, alors que la 5G permet d’établir une connexion en 1 milliseconde dans la phase finale. Une autre possibilité intéressante est que la 5G permettra à l’avenir aux appareils de communiquer directement entre eux. Le signal n’aura plus besoin d’être transmis par une antenne et retour. Cela permet également d’augmenter la vitesse et d’éviter un trafic de données inutile.
Le protocole rend donc la 5G plus efficace que la 4G?
Non seulement le protocole, mais aussi le matériel est plus efficace. La 5G apporte des antennes qui peuvent détecter non seulement «ON» et «OFF», mais aussi d’autres valeurs lumineuses et en tirer plus d’informations. Recevoir plus d’informations avec la même puissance, c’est aussi un gain d’efficacité. Il s’agit d’une interaction de tous les composants.
Que dire concernant les antennes adaptatives?
Une antenne 5G peut envoyer l’énergie là où elle est nécessaire. Jusqu’à présent, les rayonnements dans le réseau mobile étaient transmis de manière circulaire. C’est peu efficace. Imaginez que vous soyez «à deux heures» de ma position, c’est-à-dire légèrement à ma droite. Pourquoi dois-je envoyer l’énergie tout autour alors que je sais où vous êtes? Il est beaucoup plus efficace d’envoyer l’énergie de manière ciblée «à deux heures». Cela permet d’économiser d’énormes quantités d’énergie.
Autre avantage: avec la 4G, une antenne émet toujours à pleine puissance, même lorsque le récepteur est à proximité. La 5G permettrait de réduire la puissance lorsque celle-ci n’est pas nécessaire. Encore une chose: avec la 5G, les abonnés du réseau doivent beaucoup moins communiquer avec l’antenne lorsqu’ils n’utilisent pas leur téléphone. Les nouveaux téléphones portables devraient donc atteindre une plus longue autonomie de batterie pour le même usage.
Bien sûr, l’efficacité est toujours une bonne chose. Mais beaucoup de gens se demandent quelle sera l’utilité pour eux.
Réfléchissons en dehors des sentiers battus: il ne s’agit pas seulement des téléphones portables. La 5G permet d’utiliser de très petits appareils équipés de capteurs, dont la batterie intégrée dure beaucoup plus longtemps.
Vous parlez de l’«Internet des objets» ou des capteurs pour mesurer la pureté de l’air ou pour aider les gens dans leur vie quotidienne.
Le nouveau protocole et les nouveaux appareils permettent de nombreuses nouvelles applications. On pourrait mettre un bracelet ultra-léger à un parent souffrant d’Alzheimer et la pile durerait un an. Si cette personne se perd, je peux savoir où elle se trouve. De telles applications façonneront nos vies.
Les entreprises de production se réjouissent de ne plus avoir à connecter les capteurs avec des câbles dans leurs usines.
Pour de nombreuses entreprises, le fait de ne pas avoir à effectuer un câblage lorsqu’elles changent de processus de production devrait être un avantage. Il suffira d’installer l’émetteur et le récepteur puis de procéder au changement par logiciel. Je pense cependant que dans la pratique, lorsque de grandes capacités de données sont nécessaires, on continuera encore longtemps à installer un raccordement; tout simplement parce que les capacités sont (encore) limitées avec le réseau mobile.
M. Leuthold, vous voyez de nombreux avantages dans les progrès technologiques. D’autres sont plus sceptiques que vous. Selon vous, la société peut-elle échapper à ce changement?
En principe, oui. Pour garder l’exemple du patient atteint de la maladie d’Alzheimer: nous pouvons bien sûr dire que nous ne voulons pas de cette fonctionnalité. La société doit alors simplement veiller à ce que ces personnes puissent se rendre en maison de retraite à un stade précoce de la maladie, et qu’elles y soient correctement prises en charge. Cela implique de construire et de gérer davantage de maisons de retraite. Une alternative serait d’utiliser la technologie pour permettre à ces personnes de vivre de manière autonome le plus longtemps possible. Mais ce n’est pas à moi de prendre ces décisions.
Certaines personnes ne veulent pas ajouter plus de technologie dans leur vie. Nous avons à peine le temps de mettre au point de nouvelles routines avec les appareils existants. Pourquoi ne pas s’en tenir à la 4G et en tirer le meilleur parti?
C’est un fait, nous n’avons aucune obligation. Il y a 20 ans, la moitié de mes collègues disaient: «Je n’aurai jamais de téléphone portable!». Quand je repense au monde d’il y a 20 ans, planifier un voyage était une corvée. A chaque fois que je voulais aller quelque part, je devais consulter des cartes papier, les acheter ou les imprimer. Et quand on avait rendez-vous avec quelqu’un et que l’un des deux avait un empêchement? Il n’y avait aucun moyen de se retrouver. C’est tellement plus facile aujourd’hui. Par le passé, il fallait planifier chaque réunion avec soin.
L’avantage était que nous étions mieux organisés…
Oui, et plus disciplinés aussi. Pour revenir à votre question: il n’y a absolument aucune obligation. Nous devons simplement nous demander dans quel type de société nous voulons vivre, ou si nous ne voulons pas bénéficier du progrès technique. Bien sûr, je vois aussi les nombreux défis: la dépendance aux téléphones portables, ou le fait que les criminels utilisent Internet à des fins malveillantes. C’est un problème auquel nous devons apprendre à faire face et la société doit y trouver une réponse.
Les cyber-risques sont réels.
C’est le cas avec ou sans 5G. Nous autres utilisateurs voulons toujours profiter de tout, et tout doit être automatisé. Mais utiliser toutes les applications sans esprit critique est un problème. Et tout devrait être gratuit de préférence; mais la sécurité est coûteuse et sa mise en place est lourde. Il appartient à chaque individu d’assurer une plus grande sécurité.
Qu’attendez-vous avec impatience?
Ce qui est intéressant, c’est toujours ce qui n’existe pas encore. Rappelons-nous l’époque où Google n’existait pas. Le présent nous offre énormément de technologies, et beaucoup n’en sont qu’à leurs débuts: l’électrification des transports. Les possibilités d’utiliser de l’électricité provenant uniquement de sources renouvelables. Les possibilités d’installer des capteurs électroniques dans les voitures et de réduire ainsi le nombre d’accidents… Voici tout ce que j’attends avec impatience. Le fait que les statistiques sur les accidents n’aient cessé de s’améliorer ces dernières années n’est que partiellement dû au durcissement des lois. Une voiture moderne détecte les piétons et respecte automatiquement les distances de sécurité. Ces technologies nous aident.
Vous vous réjouissez des nouvelles intelligences?
Oui. Aujourd’hui, un capteur placé sur votre poignet peut vous indiquer que vous souffrez peut-être d’un problème cardiaque. Cela apportera des évolutions colossales. Et ces appareils doivent tous communiquer entre eux. On peut tout occulter, dire que c’est inutile aujourd’hui et que ça le sera aussi demain… On peut vivre ainsi. On peut aussi dire que l’on refuse le vaccin contre la grippe hivernale ou contre le nouveau coronavirus. Je respecte le rejet de la médecine moderne ou de la technologie de téléphonie mobile. Mais personnellement, je ne veux pas prendre cette voie.
En tant qu’étudiant qui découvre les quatre équations, aviez-vous imaginé une telle évolution?
Toutes les technologies et les moyens de communication que nous avons aujourd’hui semblaient impossibles du point de vue de la physique il y a 20 ans. Et on aurait même pu prouver que ça ne serait pas possible (rires). Ce qui est intéressant dans le cours de l’histoire, c’est qu’à chaque fois que l’on stagne, quelqu’un vient et ouvre un nouvelle voie. Et puis ça marche finalement.
Prêt. La 5G en faits et en chiffres.
Avec l’introduction de la 5G, les risques sanitaires potentiellement liés à l’utilisation de réseaux de communication mobiles font l’objet de nombreux débats au sein du grand public. La téléphonie mobile est-elle nocive? Que fait Swisscom pour nous protéger au titre du principe de précaution?