La 5G : une révolution dans notre quotidien ?

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C’est à l’occasion du premier match de la coupe du monde 2018 à Moscou opposant le Maroc à l’Iran que les supporters ont pu tester les premières démonstrations de la 5G avec des lunettes à réalité augmentée connectées [1]. Alors qu’il est encore difficile de la définir, la 5G est pourtant une promesse à tenir pour 2020 en Europe, d’après un rapport de l’Autorité de Régulation des Communications Electroniques et des Postes (ARCEP) de mars 2017 [2]. Dans quelles mesures la 5G s’apprête-t-elle à révolutionner notre quotidien ?

Pourquoi la 5G ? 

De la voiture autonome aux lunettes à réalité augmentée, d’ici 2020, on dénombrera 20.4 milliards d’objets connectés, soit trois fois plus que la population mondiale, selon une étude de Gartner [3]. Notre réseau va devoir suivre le rythme, et surtout faire preuve d’une extrême fiabilité pour des applications critiques : ce à quoi doit répondre la 5G.

La 5G est la prochaine génération de réseau mobile mais elle ne correspond pas à une simple augmentation des débits, comme cela a été le cas pour les précédentes générations. Elle adapte le débit aux multiples besoins, à l’image d’un robinet dont le débit d’eau s’adapterait en amont pour remplir un verre d’eau ou une baignoire. La 5G est non seulement là pour supporter un nombre important de connexions et multiplier les cas d’usages mais aussi pour absorber des quantités colossales de données.

Ces données sont transportées par des ondes électromagnétiques non visibles, caractérisées par une fréquence et une longueur, appelée longueur d’onde λ. Celle-ci correspond à la distance parcourue par l’onde pendant une oscillation. Plus la fréquence est élevée, plus la longueur d’onde est faible.

Spectre électromagnétique de la lumière [4]
Spectre électromagnétique de la lumière [4]

 

Actuellement, la 4G exploite une bande de fréquences allant de 700 MHz à 2.6 GHz, ce qui correspond à des longueurs d’onde de 40 cm à 100 cm (λ4G). Pour assurer une connexion quasi-instantanée, la 5G veut conduire à une meilleure utilisation du spectre électromagnétique en exploitant de nouvelles gammes de fréquences : entre 24 et 300 GHz associées aux ondes millimétriques (λ5G) [5]. Ces ondes ont non seulement l’avantage d’être non saturées par la 4G mais elles permettent aussi de gagner un facteur 1000 sur le débit (λ4G = 1000 x λ5G).

Cependant, ces ondes millimétriques ont l’inconvénient d’être fortement atténuées par l’eau contenue dans l’atmosphère. En d’autres termes, une pluie battante aurait privé les supporters d’apprécier la victoire iranienne par lunettes à réalité augmentée. Mais la communauté scientifique a développé une solution : la multiplication d’antenne-relais pour compenser la faible portée des ondes millimétriques. De plus, plus la fréquence portée par une antenne est élevée, plus la taille de l’antenne est faible. Cela présente un réel intérêt pour déployer des technologies de focalisation dans des antennes directives appelées MIMO (Multiple Input Multiple Output) [6][7]. Plutôt que d’irradier des ondes dans toutes les directions, elles ne les envoient que vers les dispositifs qui les reçoivent, par exemple le smartphone d’un passant qui traverse le champ à leur portée. Cette focalisation optimise ainsi l’énergie consommée par les antennes.

Technologie massive MIMO [7]
Technologie massive MIMO [7]

 

La 5G : les enjeux

Tant sur la mise en place de nouvelles antennes que sur la fabrication de composants optiques produisant les ondes millimétriques, la 5G donne à réfléchir aux chercheurs. Et pour cause : elle s’apprête à bouleverser notre rapport aux technologies au quotidien. A tel point qu’elle est décrite comme « le bouleversement le plus important depuis l’électricité » par Sten Mollenkopf, patron de Qualcomm, leader mondial de la 3G [8].

Non seulement la 5G va offrir des débits équivalents à ceux de la fibre, mais aussi un temps de latence réduit ce qui la rend fiable, critère indispensable à l’avènement de la voiture autonome ou bien de la robotique en milieu médical.

Elle va assurer une connectivité partout à chaque instant. Mais cette connectivité a un prix : la surmultiplication d’antenne-relais ne fait pas l’unanimité sachant que leur impact sur la santé et l’environnement fait encore débat [9]. Alors que des premiers tests de déploiement de la 5G auront lieu à Grenoble, Lyon, Montpellier et Bordeaux dès 2018 [2], plus de 180 chercheurs s’alarment sur les dommages causés par la surexposition aux ondes électromagnétiques dans un appel adressé à l’Union Européenne [10]. Conscients des troubles causés par le brouillard électromagnétique, les scientifiques réclament un moratoire de la mise sur le marché de la 5G tant que des études indépendantes sur les impacts sanitaires et environnementaux n’auront pas été conduites.

Alors que les technologies de la 5G se sont donné rendez-vous en 2020, la question se pose : serons-nous prêts à vivre dans une société ultra-connectée ?

Références

[1] M. Koziol, «Moscow is Building New Civic Services on 5G» IEEE Spectrum, 11 Juin 2018.

[2] ARCEP, Rapport d’activité Mars 2017, 2017.

[3] Gartner, 7 Février 2017. Accès: https://www.gartner.com/newsroom/id/3598917.

[4] B. Abel, wikipedia. Accès: https://fr.wikipedia.org/wiki/Spectre_electromagnetique

[5] R. N. Mitra and D. P. Agrawal, « 5G mobile technology: A survey, » ICT Express, 2015.

[6] H. Noha, F. Xavier, « Massive MIMO Wireless Networks: An Overview. » Electronics 6, 2017.

[7] E. Björnson, « Massive MIMO for 5G: How Big Can it Get? » Accès: https://ebjornson.com/research/.

[8] C. Reilley, « Qualcomm says 5G is the biggest thing since electricity » Cnet, 6 Janvier 2017.

[9] «La 5G : « Le bouleversement le plus important depuis l’électricité » – mais cela ne fait pas l’unanimité» Epochtimes, 7 Mars 2018.

[10] « Scientists warn of potential serious health effects of 5G », 13 Septembre 2017. Accès: https://www.actu-environnement.com/media/pdf/news-29640-appel-scientifiques-5g.pdf

A propos de l’auteur

Doctorante en première année au III-V Lab, groupement d’intérêt économique de Nokia Bell Labs, Thales et CEA, Claire Besançon travaille au sein de l’équipe Epitaxie sur la croissance de matériaux et la réalisation de composants en photonique sur silicium dans le cadre du projet européen Horizon 2020 PICTURE (site : http://picture-h2020.eu/).

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