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Introduction : la 5G, une révolution ?

La 5G constitue la cinquième génération de réseaux de mobiles, qui se succèdent approximativement tous les dix ans depuis une quarantaine d’années. La 6G sortira en 2030. La technologie 5G vient tout juste d’apparaître, et pourtant elle marque un tournant dans le monde des réseaux en apportant la mobilité généralisée. Avec elle, tout devient mobile : les utilisateurs bien sûr, mais également les multiples objets connectés, les voitures, les avions, une simple oreillette ou une montre… ainsi que les antennes : l’antenne d’un smartphone pourra se connecter directement sur celle d’un smartphone du voisinage. La 5G a été conçue pour les entreprises et non plus pour le grand public, qui profitera néanmoins largement de toutes les nouveautés destinées au monde du travail.

Les enjeux sont énormes, puisque la 5G ouvre une ère où l’on communique depuis partout dans le monde, à toute heure, pour ses loisirs comme pour son travail. Les retombées économiques s’annoncent gigantesques, et les États qui prendront du retard ne compteront fort probablement plus au nombre des pays développés.

Mais cette utilisation massive de l’air comme support de communication n’est pas sans poser de problèmes, car elle provoque une pollution électromagnétique de l’environnement. Nous serons traversés par de plus en plus d’ondes, et un premier défi d’ampleur sera de parvenir à limiter cette pollution sans pour autant freiner les progrès apportés par cette nouvelle génération. Une préoccupation majeure qui s’accompagne de nombreuses autres, telle la dépense énergétique qu’entraîne l’utilisation de la 5G. Les prévisions se multiplient, qui montrent que si on laisse se développer cette nouvelle technologie sans faire attention à son impact écologique, la Terre ne produira plus assez d’énergie dès 2027-2028 pour alimenter le monde informatique et ses réseaux. Un autre domaine où la 5G peut avoir des retombées alarmantes est celui de la surveillance et de la parfaite connaissance de tous et de chacun. Les entreprises qui domineront le traitement de ces connaissances deviendront les maîtres du monde. C’est déjà une tendance lourde, et la 5G ne peut que l’exacerber.

Historique des premières générations de réseaux mobiles

Les six générations de réseaux de mobiles sont illustrées à la figure 1.1. La 1G, on s’en souvient bien grâce au cinéma, donnait la possibilité aux grands de ce monde de téléphoner de leur voiture via des appareils en tous points semblables aux téléphones fixes de l’époque. Il est à noter que la puissance d’émission de ces téléphones mobiles de première génération était bien supérieure à celle des smartphones d’aujourd’hui, dix fois moins puissants en moyenne.

Cette première génération n’existe plus en France depuis longtemps, mais les membres du gouvernement de certains pays l’utilisent encore, en raison justement de cette puissance qui permet d’atteindre des antennes situées à une centaine de kilomètres.

Figure 1.1 – Les six générations de communications mobiles

La 2G marque l’avènement d’une téléphonie mobile grand public avec le bien connu GSM (Global System for Mobile Communications). Le téléphone devient un objet portable que l’on peut glisser dans sa poche – même s’il est encore un peu gros et lourd. Il ne sert qu’à téléphoner, et le réseau ne transporte que des voix téléphoniques, des voix humaines dont on a extrait les sons les plus graves et les plus aigus pour limiter le volume d’informations envoyé sur les liaisons radio et permettre à plus de personnes de se connecter simultanément. Il y a eu très brièvement un précurseur au GSM, le Bi-Bop, qui était déjà un téléphone mobile mais demandait que l’on reste immobile pour téléphoner, car le combiné téléphonique n’était tout simplement pas capable de changer d’antenne durant la conversation. De ce fait, le client devait stationner près de l’antenne à laquelle il était connecté. S’il sortait de la zone couverte, la communication était brusquement interrompue.

Les téléphones GSM sont quatre fois moins puissants que les 1G. La portée des signaux émis par l’appareil dépend de la puissance de leur émission : une diminution de puissance consécutive aux premières prises de conscience du danger que pouvaient représenter les ondes électromagnétiques. Il aurait en effet été tentant pour un opérateur de n’installer qu’une seule antenne, au centre de la France, à laquelle les téléphones portables se seraient connectés aussi bien de près que de très loin. Pour couvrir tout l’Hexagone, en supposant que l’on puisse accéder à cette antenne centrale de n’importe où en France, un mobile aurait dû être deux mille fois plus puissant que la 1G. Coller son oreille à un téléphone d’une telle puissance aurait été comme placer la tête dans un four à micro-ondes réglé sur 16 000 watts !

Du fait de cette baisse de puissance des antennes GSM pour en amoindrir les effets, on a dû en augmenter le nombre pour couvrir un territoire où les clients restent connectés en permanence tout en étant mobiles. La difficulté rencontrée lors du développement du GSM a été de permettre à un utilisateur de passer d’une antenne à une autre sans que la communication soit inopinément interrompue, en mettant au point un mécanisme appelé handover ou, pour employer la terminologie française, changement intercellulaire. La cellule est la surface géographique couverte par une antenne – la zone dans laquelle le signal est suffisamment puissant pour être capté par un téléphone mobile –, et celle-ci doit être à une distance acceptable pour pouvoir récupérer le signal émis par le téléphone mobile. Nous avons représenté de façon simplifiée à la figure 1.2 un système de télécommunications mobiles.

Figure 1.2 – Système de télécommunications mobiles

Pendant un handover, le mobile passe d’une cellule à une autre, d’où le terme de « changement intercellulaire ». Dans le GSM, le terminal mobile se connecte automatiquement à l’antenne dont le signal est le plus puissant.

En fait, une cellule n’est pas une surface en deux mais en trois dimensions, puisque les signaux se propagent également dans l’espace. Un réseau de mobiles, comme celui décrit à la figure 1.3, est un ensemble de cellules qui recouvrent le territoire contrôlé par un opérateur. Le terminal se raccorde à une antenne qui n’est pas obligatoirement la plus proche puisque des obstacles – un arbre, une maison ou un bâtiment – peuvent en affaiblir le signal. L’importance de la puissance des signaux reçus par le téléphone mobile en provenance des différentes antennes n’est plus un paramètre décisif pour la 5G. Un terminal mobile peut par exemple se connecter à l’antenne de la cellule qui possède le plus petit nombre de terminaux raccordés, une antenne plus éloignée que d’autres, tout simplement parce qu’elle sera moins congestionnée, et donc capable de fournir un meilleur service.

Figure 1.3 – Les cellules d’un réseau de mobiles

La 2G s’est améliorée avec le temps, augmentant le nombre de voix téléphoniques prises en compte simultanément et faisant passer, en plus de ces voix, des données qui proviennent d’applications informatiques comme la messagerie électronique. Mais dans la 2G, le débit d’une connexion radio entre un téléphone et l’antenne reste très faible par rapport à celui des connexions mobiles de 2020, où la liaison radio atteint des vitesses dix mille fois supérieures, et un million de fois avec la 5G. Ainsi, pour récupérer les informations d’un dictionnaire en plusieurs volumes, il faudra quelques secondes avec une connexion 5G alors que cela aurait pris plus d’une vingtaine de jours à la vitesse du GSM.

Les générations intermédiaires de la 2G portent les noms de GPRS (General Packet Radio Services) et EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution). On les rencontre encore en 2020 dans des zones mal couvertes par les opérateurs.

La 3G associe beaucoup plus fortement la parole téléphonique et les données. Ces deux médias passent en parallèle, et le débit global de l’antenne augmente fortement. La puissance des terminaux, que l’on appelle dès lors des smartphones, diminue encore par rapport au GSM. Ces équipements sont intelligents (smart en anglais), ils sont capables de réfléchir avant de prendre une décision. Par exemple, en fonction de la distance à l’antenne, ils émettent avec plus ou moins de puissance. Les raisonnements sont encore assez simplistes pour les premiers smartphones, mais les progrès sont indéniables au bout d’une dizaine d’années. La reconnaissance de la parole est un bon exemple de ces applications intelligentes. Et les smartphones 5G seront bourrés de logiciels apportant plus d’intelligence encore, pour optimiser le comportement du réseau et introduire des applications personnalisées concernant tous les domaines de la vie des utilisateurs.

Avec la 3G, on a multiplié le nombre d’antennes, réduisant d’autant la distance à parcourir par les ondes pour y accéder et la puissance d’émission des smartphones. De la même façon, la 5G utilisera beaucoup plus d’antennes, dont la puissance aura encore diminué par rapport à la 4G.

Une difficulté survient alors avec les interférences, qui proviennent de la superposition de deux signaux sur une même fréquence provenant d’antennes différentes. Il faut l’éviter à tout prix, car deux signaux qui se superposent deviennent incompréhensibles, comme si deux personnes parlaient en même temps. En effet, le signal ne s’arrête pas brutalement à une frontière – sauf si c’est un mur blindé d’un kilomètre de haut –, il décroît avec la distance. Lorsque le smartphone sort de la cellule, il continue à recevoir les ondes de l’antenne, mais avec une puissance tellement faible qu’il ne peut plus recouvrir l’information qu’elles contiennent. Or l’augmentation du nombre d’antennes entraînera plus d’interférences.

Figure 1.4 – Interférences entre deux antennes

Malgré ce problème des interférences et une gestion plus complexe de la distribution des fréquences pour en réduire la puissance, les concepteurs ont préféré faire le choix de cellules de plus en plus petites. Et cela avec un double objectif : la diminution de la puissance d’émission, puisque la distance à parcourir par une onde est plus limitée, et l’augmentation globale du débit du réseau. Avec de petites cellules, on utilise beaucoup plus la même fréquence, comme on le voit sur le schéma de la figure 1.5. À gauche, un utilisateur téléphone sur une fréquence f, et personne d’autre dans la même cellule ne peut utiliser cette fréquence, sinon une interférence se produirait. Tandis qu’à droite, le client téléphone dans une petite cellule avec la fréquence f, et un autre, dans une autre petite cellule, peut utiliser la même fréquence f, à condition que les deux cellules ne se touchent pas. Il n’y a pas d’interférence car les cellules sont disjointes. Le débit est multiplié par le nombre de petites cellules. Ainsi, les petites cellules ont un double avantage : elles diminuent la puissance des ondes et permettent une augmentation globale du débit du réseau. L’inconvénient est l’augmentation du coût du réseau, puisqu’il faut plus d’antennes.

Figure 1.5 – La tendance à aller vers de petites cellules

La solution privilégiée pour la 5G est d’installer les antennes au sein du domicile des utilisateurs. Elle a de nombreux avantages, puisque le câble nécessaire pour raccorder ces antennes existe déjà, qu’il s’agisse des fils téléphoniques, présents parfois depuis des dizaines d’années, ou de la fibre optique. Cette fibre est un câble qui possède un cœur en verre très fin dans lequel la lumière peut se propager en transportant une quantité d’informations prodigieuse – l’équivalent du contenu d’un gros dictionnaire toutes les secondes. Elle remplace petit à petit le câble téléphonique, pour aller vers une société connectée à très haut débit.

Dans les petites cellules, les équipements à connecter sont plus proches de l’antenne. De ce fait, l’antenne nécessite une puissance beaucoup plus faible pour atteindre tous les clients de chacune de ces cellules. Ainsi, le débit total augmente avec le nombre de petites cellules, et la puissance des antennes diminue.

L’inconvénient des petites cellules, et plus généralement de la multiplication des antennes, est leur déploiement : un câble terrestre doit desservir toutes les cellules. Lorsqu’il est nécessaire de faire des travaux de génie civil, comme creuser une tranchée dans une rue, le coût de cette opération devient prohibitif. Cela peut encourager les opérateurs à augmenter la puissance des antennes pour obtenir des cellules plus grandes et éviter de placer de nouvelles antennes, que personne, de surcroît, ne veut avoir près de chez soi. La nouveauté est justement de placer ces nouvelles antennes dans la box Internet de l’utilisateur, avec une puissance extrêmement faible, les ondes n’ayant ainsi à franchir que quelques mètres.

En 2030, les fils du téléphone en cuivre auront été totalement remplacés par la fibre optique. À partir de 2021, les opérateurs de télécommunications devraient déployer 20 millions d’antennes au domicile des utilisateurs, en les ajoutant dans les box Internet ou dans un nouveau boîtier beaucoup plus évolué et apte à rendre de nombreux services commandés par la voix.

La 3G a, comme la 2G, connu des extensions pour améliorer le débit, dans le sens montant comme dans le sens descendant, c’est-à-dire du mobile vers l’antenne ou de l’antenne vers le mobile. Jusqu’à la fin de la 3G, les deux types de connexion coexistent, l’une pour la téléphonie et l’autre pour les données provenant des applications informatiques, celles que vous obtenez en cliquant sur une icône de l’écran de votre smartphone. Les sigles attachés aux extensions de la 3G apparaissent sur les écrans en fonction de la technique utilisée lors de la connexion. Par ordre d’apparition des versions 3G, on relève l’UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), puis HSPA (High Speed Packet Access) et enfin HSPA+. On appelle parfois ces trois familles 3G, 3G+ et 3G++. Les anciennes générations, sauf la 1G, sont conservées pour permettre à tout moment une connexion lorsque la dernière génération est saturée ou qu’elle n’est pas encore déployée.

La 4G apporte une nouveauté fondamentale : il n’y a plus qu’un seul canal, sur lequel passent à la fois les voix et les données. Les voix téléphoniques sont désormais considérées comme des données, sous la forme d’une suite de 0 et de 1. Et ces données peuvent se mélanger à des messages électroniques, des fichiers, des images ou de la vidéo.

Les débits que se partagent les utilisateurs d’une même cellule montent à 1 gigabit par seconde, c’est-à-dire un milliard de 0 ou de 1 par seconde. Plus concrètement, une parole téléphonique demande 10 kbit/s (dix mille bits par seconde), un canal de télévision 1,5 Mbit/s (un million et demi de bits par seconde), enfin un canal de télévision haute définition, 8 Mbit/s. Un pylône 4G peut ainsi transporter 100 000 lignes téléphoniques, ou 666 canaux de télévision, ou encore 125 canaux de télévision haute définition, ou bien sûr un mélange de tout cela, en restant dans la limite de 1 gigabit par seconde.

La 4G connaît également plusieurs avancées technologiques, notamment des débits plus importants et des applications qui annoncent celles de la 5G, comme la liaison entre véhicules intelligents ou la connexion d’objets divers – montres, bracelets, capteurs, etc. Ce à quoi il faut ajouter les applications qui nécessitent des temps de réaction très courts, tels les jeux informatiques en temps réel, où le temps de réaction acceptable est de l’ordre de 100 millisecondes.

Depuis la 4G, la principale évolution est la 4G Pro, qui commence tout juste à être disponible sur le réseau des opérateurs en 2020. Les générations précédentes s’adressaient plutôt au grand public, tandis que la 4G Pro souhaite entrer sur le marché professionnel. Des applications très liées aux entreprises apparaissent, comme la gestion de la santé à distance (téléconsultation et hospitalisation à domicile), les diagnostics de panne d’un réseau d’entreprise ou l’accès à des services Web avec une fiabilité bien supérieure à celle destinée au grand public. La 4G Pro est vraiment un précurseur de la 5G. D’ailleurs les annonces de réseaux 5G ne sont parfois que de la 4G Pro, provoquant fréquemment des discussions à propos de « vraie 5G » et « fausse 5G ».

L’arrivée de la 5G

La 5G n’est en vérité pas très différente de la 4G dans la façon de transporter les signaux électromagnétiques entre les antennes et les utilisateurs. En revanche, le débit global augmente, passant à 10 Gbit/s : les connexions ont une capacité dix fois supérieure à celle de la 4G. Le système est bien sûr toujours fondé sur des antennes permettant de connecter les utilisateurs à l’intérieur d’une cellule, mais avec des cellules toujours plus petites, permettant à la fois d’augmenter le débit global et de diminuer la puissance d’émission, puisque la distance à parcourir par le signal est de plus en plus limitée. Toutefois, cela nécessite d’ériger plus d’antennes, ce qui constitue un fort handicap, puisque rares sont ceux qui souhaitent avoir une antenne près de leur domicile, même si celle-ci a une puissance d’émission très faible.

Une solution, qui existait déjà pour la 4G mais est encore très peu déployée, prend son essor avec la 5G : les toutes petites cellules installées à domicile, appelées femtocells. Le préfixe « femto » indique une grandeur d’un millionième de milliardième de mètre, donc une mesure vraiment minuscule, pour symboliser la petite taille de ces cellules. La portée exacte de ces antennes dépend des obstacles à traverser, et plus particulièrement des murs. La tendance qui pourrait s’imposer serait d’utiliser l’expression « petite cellule » pour les antennes à domicile comme pour celles installées dans les entreprises et dans la sphère publique. La caractérisation de ces petites cellules provient de la portée du signal, qui doit être limitée à un maximum de 100 mètres.

Les habitants du domicile se connecteraient sur l’antenne de leur femtocell, mais des personnes extérieures pourraient également s’y connecter. Ceux qui refuseraient aux autres l’accès à leur cellule n’auraient pas le droit de se connecter sur les millions de petites cellules de leur opérateur.

Le partage des antennes existe d’ailleurs déjà dans les réseaux Wi-Fi. Si vous ouvrez votre box Internet à des clients externes, vous pouvez vous connecter partout en France sur les box ouvertes du même opérateur à l’aide de vos identifiants. Plus les clients Internet d’un même opérateur acceptant d’ouvrir leur box sont nombreux, plus il y a de cellules disponibles et plus il est facile de bénéficier d’une connexion gratuite presque partout. Cette solution pourrait entraîner des doutes sur l’inviolabilité des données figurant dans les ordinateurs du domicile, et la crainte qu’un client externe ait la possibilité de s’y introduire. Mais il n’en est rien grâce aux techniques de chiffrement. Les flots de chaque utilisateur sont chiffrés avec une clé différente, et la technologie de chiffrement des opérateurs est aujourd’hui considérée comme impossible à décrypter – sauf peut-être pour quelques agences d’État dont les moyens en puissance de calcul demeurent considérables.

Prenons l’image suivante pour comprendre les enjeux techniques et sanitaires. Une antenne est l’équivalent d’un feu qui réchauffe les personnes installées autour. Si l’on approche sa main de la flamme, la brûlure est presque instantanée. Si l’on s’éloigne d’une dizaine de centimètres, la brûlure arrive doucement. Si on s’installe à cinq mètres, le feu apporte chaleur et réconfort.

Supposons que nous voulions chauffer toute la France avec un seul feu. Pour ressentir la chaleur aux points les plus éloignés, il faudrait un foyer colossal, d’une taille difficile à imaginer, peut-être une déflagration atomique importante. S’approcher à moins de quelques kilomètres serait impossible sous peine de se retrouver réduit en cendres en une poignée de secondes. Et les personnes les plus éloignées n’auraient peut-être pas très chaud, alors que celles se trouvant à une distance acceptable auraient particulièrement chaud. Plutôt que de faire un seul feu – c’est la 1G, qui porte très loin sans couvrir toute la France –, l’idée est de faire des feux tous les 20 kilomètres – c’est la 2G. Le danger existe encore si l’on se trouve près du feu, mais la chaleur est mieux répartie. Avec les générations suivantes, les feux sont de plus en plus petits, même si pour chauffer partout, il en faut beaucoup. La 5G va encore plus loin en allumant un nombre gigantesque de feux si petits qu’il n’y a plus de risque de brûlure, sauf si on touche la braise. Heureusement, il suffit de se placer à un centimètre pour que le risque disparaisse.

L’analogie n’est certes pas parfaite, mais elle est très proche. Le coût de quelques milliers de gros feux est certainement très inférieur à celui de dizaines de millions de tout petits feux qu’il faut entretenir en apportant du bois sans arrêt. La femtocell est ce tout petit feu qui constitue un danger excessivement faible, et son installation à domicile n’entraîne, on l’a vu, pas de coût supplémentaire, puisque le câble pour relier l’antenne vers le réseau existe déjà (câble téléphonique ou fibre optique).

Au Wi-Fi du domicile s’ajoute un deuxième point d’accès : l’antenne 5G de la femtocell. La puissance d’émission de cette antenne 5G est très faible et équivalente à celle du Wi-Fi. Une des grandes batailles qui s’annoncent concerne justement ce point : avons-nous réellement besoin de deux antennes ? Le monde des télécommunications prévoit de marginaliser la partie Wi-Fi pour éventuellement la voir disparaître totalement dans une dizaine d’années. Mais le Wi-Fi se modernise et il est souvent gratuit ou peu cher. De plus, il faudrait insérer un composant 5G dans les imprimantes, les montres, les tablettes, les milliers d’objets connectés en Wi-Fi. La 5G apporte une solution qui permettrait néanmoins d’être connecté partout, tout le temps, sans se préoccuper de trouver le nom du Wi-Fi de l’endroit où l’on se trouve.

Un avantage pour l’opérateur utilisant des femtocells est de faire payer l’alimentation électrique de l’antenne par l’utilisateur, ce qui est loin d’être négligeable. Pour donner une idée de ce coût, il faut rappeler qu’un boîtier Internet commercialisé par un opérateur de télécommunications consomme autant qu’une ampoule électrique comme il y en a des dizaines dans un domicile. Le point important est que l’ampoule correspondant au boîtier Internet est toujours allumée, vingt-quatre heures sur vingt-quatre. Qui éteint sa box Internet ? Une infime minorité de gens, selon les sondages. La dépense est négligeable pour chaque utilisateur, mais lorsqu’il faut alimenter 25 millions de box en France, cela fait un total équivalant à la moitié de la production d’une centrale nucléaire. Si à l’antenne Wi-Fi s’ajoute l’antenne 5G, la consommation doublera, pour approcher cette fois de la production totale d’une centrale nucléaire. Si chacun éteignait son boîtier la nuit, cela permettrait de diviser la consommation globale par deux. Avec des antennes 5G, les habitants du domicile et les clients à proximité ne devront pas craindre de ne plus pouvoir se connecter la nuit, car les grandes antennes continueront à fonctionner et une connexion sera toujours possible, comme aujourd’hui.

Les petites cellules se trouveront essentiellement au domicile des utilisateurs. En ville, elles peuvent pratiquement couvrir l’ensemble des rues, tandis que dans les parcs et dans les zones rurales, les grandes antennes resteront indispensables. Elles le seront aussi en ville pour connecter des véhicules traversant plusieurs femtocells par seconde. Ainsi, les petites cellules n’élimineront pas les grandes antennes, elles ne feront que les compléter, afin d’atteindre des débits énormes pour les utilisateurs, qu’ils soient chez eux, en promenade, en voiture ou dans le train.

L’architecture des réseaux 5G

Pour bien comprendre le déploiement de la 5G et les problèmes importants qu’il suscite, il faut examiner l’architecture des réseaux de mobiles, qui se compose de trois parties, comme le montre la figure 1.6.

Figure 1.6 – L’architecture des réseaux de mobiles

Les réseaux de mobiles sont généralement associés à la partie gauche de cette figure, la connexion de l’équipement mobile (smartphone, tablette ou autre objet) à l’antenne. Cette partie que l’on appelle radio est constituée des équipements mobiles qui émettent les signaux électromagnétiques et des antennes qui les reçoivent. Elle est bien sûr importante et même indispensable, mais elle ne constitue pas l’intégralité du réseau de mobiles ! Cependant, elle fait peur, car elle utilise des signaux électromagnétiques que l’on ne voit pas et que l’on ne sent pas. Une fois récupérés, ces signaux doivent être envoyés à un autre utilisateur. Pour cela, les données empruntent le réseau d’accès. Si l’utilisateur à atteindre se trouve connecté à la même antenne, le signal repart directement vers lui. Sinon, il entre dans le réseau cœur, qui transporte les données vers un autre réseau d’accès, lequel les délivre à une antenne, qui les envoie enfin au destinataire. Sans le réseau d’accès et le réseau cœur, le système ne peut pas fonctionner.

La deuxième partie est donc le réseau d’accès reliant l’antenne au réseau cœur. Le terme utilisé par les ingénieurs est RAN (Radio Access Network). La troisième partie est le réseau cœur, qui utilise des fibres optiques pour transporter une grande quantité de signaux provenant des antennes, afin d’atteindre un utilisateur distant ou un serveur d’applications comme un serveur bancaire. Ces deux dernières parties semblent bien moins dangereuses que le réseau radio pour la santé, puisque les signaux électromagnétiques ont été transformés en données regroupées en paquets pour pouvoir être transportées d’un seul coup sur des liaisons entre les nœuds du réseau.

Les données transportées contiennent à la fois des informations de contrôle pour acheminer les 0 et les 1 vers le destinataire et les informations personnelles des clients à transmettre au récepteur. Certaines ont de la valeur, et leur interception peut constituer une attaque aux libertés individuelles et avoir un impact important sur la vie des individus. En effet, le réseau cœur de la 5G est fondé sur des centres de données, (ou datacenters), ce qui n’était pas le cas des générations précédentes. Ces centres de données stockent au passage les données des clients arrivant via les antennes. Ils peuvent traiter ces données, les modifier, les détruire, les dupliquer, etc. Les difficultés que rencontre le constructeur chinois Huawei pour vendre ses matériels 5G sont ainsi dues à l’installation de centres de données qui jouent un rôle névralgique dans cette nouvelle génération de réseaux de mobiles 5G. La vraie révolution de la 5G tient à cette adjonction, à proximité des clients, de centres de données capables d’analyser ce qu’ils font, et éventuellement de retransmettre des informations importantes vers des destinations lointaines. Les centres de données de constructeurs étrangers peuvent donc être considérés comme des espions.

Cette nouvelle infrastructure, dite numérique (digital étant le terme anglais), est source d’inquiétudes en raison de toutes les informations qui vont y transiter et peuvent y être traitées. L’utilisateur envoie des messages, des SMS, des photos, des vidéos, etc. Tout cela passe par le centre de données de l’opérateur situé à proximité de l’antenne. Parmi les nombreux objets connectés, les caméras de surveillance sont de plus en plus nombreuses, et leurs flots vidéo passent également par le centre de données, de même que les informations publiées sur Facebook… Absolument tout ce qui est envoyé transite par les centres de données des opérateurs 5G. Or tous ces flots sont stockés et peuvent être analysés avant d’être envoyés vers leurs destinataires.

L’ensemble de ces informations s’appelle le Big Data. Il réunit une étonnante diversité d’informations sous forme de paroles téléphoniques, de vidéos, de textes, d’images, de pages Web, etc. Des logiciels ont été développés pour découvrir des corrélations dans ces immenses banques d’informations. On peut par exemple y retrouver le visage d’une personne sur une vidéo, y associer un texte ou une parole téléphonique, ou encore une information glanée sur un site médical, sportif…

Les centres de données seront la tête pensante de milliards de véhicules connectés. Ils traiteront la plupart des flux provenant des objets connectés, estimés à vingt milliards fin 2020. Puis, rapidement, ce sont des milliards d’objets médicaux et paramédicaux qui seront connectés par la 5G. Les données seront le pétrole du xxie siècle : leur maîtrise devient capitale. Une lutte a commencé entre les grandes entreprises du Web, regroupées sous l’acronyme GAFAM (Google, Amazon, Facebook, Apple, Microsoft), qui souhaitent prendre en charge et utiliser toutes ces données, et les opérateurs de télécommunications qui, avec la 5G, ont la possibilité de les en empêcher en arrêtant les données et en les traitant eux-mêmes. La bataille semble inégale aujourd’hui, mais les regroupements d’opérateurs, par exemple Orange et Deutsche Telekom dont on parle régulièrement, avec quelques opérateurs plus petits, auraient un poids supérieur à celui des entreprises du GAFAM. La 5G est une opportunité offerte aux opérateurs de diminuer l’importance de ces dernières pour jouer un rôle moteur dans le traitement des données. Même si ce contre-pouvoir potentiel n’élimine en rien le risque éthique pour les consommateurs.

Les générations 4G et 5G sont très semblables en termes de connexion radio mais très différentes pour les parties accès et cœur. Grâce à une nouvelle vision de ces réseaux d’accès et de cœur, la 5G apporte des applications supplémentaires qui ne pouvaient pas être prises en charge par la 4G, comme la conduite automatisée des véhicules, les connexions à très haut débit dans un train à grande vitesse, le contrôle et l’automatisation de la production industrielle d’une usine ou l’acquisition des flots provenant de la connexion de millions de capteurs dans une ville (pour mesurer la température, compter le nombre de véhicules qui passent dans une rue, calculer le temps mis par une rame de métro pour aller d’une station à une autre, déterminer la consommation électrique d’un réverbère, vérifier que la date de péremption d’un aliment n’est pas dépassée, etc.). Pour dresser la liste des centaines de milliers de capteurs différents d’une ville intelligente, il faudrait noircir des centaines de pages. Le concept de « ville intelligente » signifie que tous les flux de données du Big Data provenant de ces capteurs sont analysés et corrélés, produisant des actions automatisées et intelligentes sans intervention humaine.

En réalité, il faut bien noter qu’en 2020, la 4G est encore en pleine expansion. Si l’on examine les courbes de la figure 1.7, on s’aperçoit immédiatement que le déploiement optimal de la 4G est loin d’être atteint ; il adviendra vers 2025. La 4G n’est commercialisée que depuis quelques années et elle devrait bientôt arriver à maturité avec la 4G Pro, tandis que la 5G, si elle est bien définie sur la partie radio, c’est-à-dire la connexion d’un équipement terminal à une antenne, elle n’en est qu’à une phase de finalisation des spécifications pour les parties accès et cœur. Or ces deux standards sont les plus importants de la 5G, car ils permettront d’introduire de nouveaux produits pour les entreprises et le grand public. Les spécifications se sont achevées en juin 2020. Le temps nécessaire pour réaliser les produits industriels et les mettre sur le marché est de presque deux ans. Ensuite, les opérateurs doivent les tester, les acheter et les mettre en œuvre. Les dernières spécifications finalisant la 5G seront disponibles en 2022. La 5G dans une version complète ne pourra donc être déployée que vers 2024 ou 2025.

La figure 1.7 montre le nombre de terminaux mobiles disponibles pour les différentes générations. Les terminaux 5G apparaissent dès 2020. Cela est tout à fait compréhensible puisque, dans l’esprit de cette figure, ce sont les terminaux compatibles avec le standard radio de la 5G qui sont comptabilisés. Cette partie de la 5G ayant été standardisée en 2018, les terminaux compatibles sont arrivés sur le marché en 2020. Cependant, ils sont chers et ne servent pas à grand-chose, puisque seule la vitesse de connexion a été augmentée. Les flux 5G parviennent jusqu’à l’antenne, mais où vont-ils ensuite ? Dans le réseau d’accès et le réseau cœur 4G, où les centres de données ne sont pas encore implantés et où aucune des propriétés fondamentales de la 5G n’existe.

Figure 1.7 – Le nombre de terminaux mobiles des différentes générations

Les standards uniformisant les réseaux du monde entier sont développés par un organisme international dénommé 3GPP (3rd Generation Partnership Project), qui regroupe tous les partenaires intervenant d’une façon ou d’une autre dans les réseaux de mobiles. Cette normalisation permet d’avoir une majorité de smartphones et d’antennes compatibles, quoique quelques rares pays jouent un jeu particulier pour empêcher les smartphones étrangers de se connecter sur leurs réseaux. Il y a également des versions légèrement différentes pour que le marché des mobiles dans certains pays soit plus difficilement accessible aux grands industriels d’autres États.

Les fréquences utilisées sont relativement homogènes au niveau mondial grâce à l’action d’un organisme nommé l’UIT (Union internationale des télécommunications, ITU en anglais). L’UIT est la plus ancienne organisation technique intergouvernementale de coordination, puisqu’elle a été créée sous le nom d’Union internationale du télégraphe en 1865. Les Recommandations (avec un R majuscule) faites par l’UIT sont relayées par des organismes continentaux puis nationaux pour être appliquées dans tous les pays. Parfois, elles ne sont pas totalement suivies, ce qui produit quelques entraves pour les grands voyageurs souhaitant se connecter n’importe où dans le monde. Les smartphones bon marché ne prennent en compte que les principales fréquences, tandis que les appareils haut de gamme possèdent le matériel nécessaire pour se connecter partout ou presque.

Chaque génération de réseaux de mobiles a au départ ses propres fréquences. Cependant, sous certaines conditions posées par les organismes de contrôle, les fréquences des anciennes générations sont réaffectées petit à petit aux nouvelles. Et de nouvelles fréquences doivent être ouvertes pour accroître les capacités globales du réseau.

Un des problèmes de la 4G est un manque flagrant de fréquences pour répondre à la demande de débit des utilisateurs qui augmente sans cesse. En 2017, 2018 et 2019, les débits provenant des équipements mobiles ont plus que doublé chaque année. Nous indiquons à la figure 1.8 les grandes applications à l’origine de cette augmentation colossale des débits.

Figure 1.8 – Débit en exaoctets et applications

En examinant cette figure 1.8, on découvre que l’application prépondérante du point de vue du débit est la vidéo. Tout s’exprime aujourd’hui sous forme de vidéos : l’actualité, les publicités et, bien sûr, la télévision ou les films à la demande. Les communications entre individus par la téléphonie, l’audioconférence ou la visioconférence viennent en deuxième position, suivies de l’accès aux informations sur le Web, du partage de fichiers et enfin des jeux. Netflix et YouTube représentent 40 % à eux deux de l’ensemble des débits des réseaux des opérateurs en 2020.

Une des différences entre 4G et 5G est liée aux fréquences utilisées, exprimées en hertz : 1 hertz est la mesure de la fréquence de répétition d’un événement qui a lieu une fois par seconde ; 10 hertz indiquent dix événements par seconde.

Prenons comme exemple la voix humaine. Les hommes utilisent des fréquences entre 100 et 150 hertz, c’est-à-dire que les vibrations provenant des cordes vocales se répètent 100 à 150 fois par seconde, comme c’est le cas chez les basses, les barytons et les ténors. Chez les femmes, les vibrations sont en général plus rapides : de 200 à 300 hertz. En montant vers les aigus, on trouve les altos, les mezzo-sopranos et les sopranos. Si on fait chanter deux airs différents à deux altos en même temps, il y a interférence et rien n’est compréhensible. Les deux chants sont sur la même fréquence. Au contraire, si on fait chanter un baryton et une soprano, on n’éprouve aucune difficulté, en se concentrant sur une voix, à la comprendre.

Les antennes travaillent de la même façon, mais elles émettent des signaux sur des fréquences beaucoup plus hautes, inaudibles par l’oreille humaine, qui ne peut capter qu’entre 20 et 20 000 hertz. Lorsque les antennes sont assez proches les unes des autres, elles émettent sur des fréquences différentes pour que les équipements mobiles puissent récupérer les signaux sans interférence. Chaque opérateur a acheté ses fréquences, qui ne peuvent pas interférer avec celles des autres opérateurs. Quatre antennes de quatre opérateurs différents ne se gênent donc pas. Au contraire, on les trouve en général réunies sur les mêmes points en hauteur, au sommet d’une colline, sur le toit d’un immeuble ou sur les châteaux d’eau.

Si l’on continue l’analogie avec la voix humaine, plus la personne parle fort (ou crie) et plus le son peut être entendu de loin. Cependant, cette voix a une puissance limitée et ne peut franchir que quelques dizaines de mètres. De plus, si le son doit traverser un mur (surtout si ce dernier est porteur), alors il sera affaibli. Il en va de même pour les ondes émises par les antennes et les smartphones. La puissance d’émission est exprimée en watts. Si celle-ci est très forte, le signal se propage loin. Si elle est faible, l’onde va s’affaiblir également pour porter à une distance limitée. Si vous collez votre oreille contre la bouche d’un chanteur qui a beaucoup de puissance, vous serez assourdi et aurez mal à l’oreille. Il en est de même pour les antennes. Si vous êtes trop près d’une antenne puissante, le signal devient dangereux.

Lorsqu’une antenne « chante » sur une fréquence de 1 mégahertz, c’est-à-dire à un million de vibrations par seconde, un signal est émis chaque microseconde. La figure 1.9 montre quelques exemples de signaux à des fréquences utilisées par les antennes.

Figure 1.9 – Quelques exemples de signaux électromagnétiques

France Télévisions émet son canal de télévision France 2 sur la fréquence 471,25 mégahertz, et son canal France 3 sur la fréquence 495,25 mégahertz. La 2G émet sur les canaux 900 mégahertz et 1 800 mégahertz. La 3G, elle, émet sur les canaux de 800 et 2 600 mégahertz. Il faut donc acheter un canal de fréquences pour émettre des signaux, et seul le propriétaire a le droit d’émettre sur son canal. Les opérateurs de télécommunications achètent à l’État des canaux de fréquences pour avoir le droit d’émettre. Malheureusement, il n’y a plus de canaux disponibles. Tout a déjà été alloué, à l’audiovisuel, aux opérateurs de télécommunications, à la Défense nationale, aux radars, aux communications entre navires, aux communications par satellite, etc. Les États doivent donc récupérer des fréquences déjà allouées, mais peu utilisées, pour les revendre aux opérateurs qui vont y implanter la 5G.

Les gouvernements souhaitent revendre ces fréquences récupérées à des coûts assez exorbitants pour gagner de l’argent. Par exemple, les premières fréquences 5G vendues en Allemagne ont coûté 4,1 milliards d’euros aux opérateurs de télécommunications.

Une seconde possibilité pour trouver des fréquences disponibles est de monter dans celles qui ne sont pas utilisées. Dans le cas des signaux radio pour les communications, on utilise les fréquences jusqu’à 20 gigahertz, c’est-à-dire 20 milliards d’événements par seconde. La raison de cette limite provient d’une impossibilité d’atteindre des récepteurs éloignés à un tel rythme de vibrations, car l’air, la pluie et bien sûr les murs arrêtent ces signaux. Cependant, les progrès technologiques liés à la 5G permettent de récupérer des signaux très fortement affaiblis, de telle sorte que l’on peut les utiliser sur de courtes distances sans obstacle. Ils se trouvent au-dessus de 20 gigahertz, et jusqu’à 30 gigahertz dans la première mouture de la 5G, puis jusqu’à 120 gigahertz dans la suivante. On augmentera encore beaucoup plus les fréquences utilisables dans un futur lointain, celui de la 6G.

Pour la 5G, l’Europe a attribué aux opérateurs des fréquences entre 3,2 et 3,8 gigahertz. En 2021, des fréquences supérieures à 20 gigahertz leur seront également allouées. Celles-ci ne sont pas utilisées pour le moment.

Le Wi-Fi est dans une certaine mesure le concurrent des technologies des opérateurs de télécommunications. Il utilise des fréquences libres dites ISM (industrielles, scientifiques et médicales). Libres parce que tout le monde peut les utiliser gratuitement, en respectant des puissances d’émission maximales qui dépendent des pays. En Europe, la puissance maximale est de 100 milliwatts, à comparer avec la puissance d’une grande antenne 4G ou 5G, qui peut monter jusqu’à plusieurs dizaines de watts, et à l’antenne d’un smartphone, qui plafonne à 2 watts. Cette dernière valeur est vingt fois plus importante que la puissance de l’antenne Wi-Fi du même smartphone. De ce fait, le Wi-Fi a une portée restreinte de quelques dizaines de mètres. Comme les fréquences qu’il utilise sont gratuites, les opérateurs de télécommunications s’en servent pour décharger leurs grandes antennes dans les zones particulièrement fréquentées. Les cellules Wi-Fi souvent disponibles dans les rues s’appellent des hotspots (terme qui signifie « points chauds », en référence à la multitude de clients prêts à les utiliser). Ces hotspots appartiennent aux opérateurs de télécommunications, mais aussi aux opérateurs Wi-Fi ou encore aux entreprises privées.

Les signaux électromagnétiques du Wi-Fi sont semblables à ceux des réseaux cellulaires des opérateurs de télécommunications. Ils ont donc les mêmes effets ! Cependant, la réglementation du Wi-Fi imposant, comme on l’a vu plus haut, que la puissance de l’antenne soit limitée à 100 milliwatts, cela implique une portée faible de quelques dizaines de mètres, voire moins si des obstacles se présentent. Ces obstacles affaiblissent le signal, ou même l’arrêtent s’il s’agit d’un mur porteur dans lequel il y a de la ferraille.

Les femtocells de la 5G sont très comparables aux réseaux Wi-Fi. La puissance d’émission maximale est la même. La différence réside dans la façon d’émettre les signaux électromagnétiques pour éviter les interférences.

On peut également prendre comme exemple sur les fréquences le système de télévision, dans lequel les antennes sont peu nombreuses mais extrêmement puissantes pour couvrir de grandes surfaces. La tour Eiffel possède un émetteur de télévision de 200 000 watts, alors que les émetteurs des réseaux de mobiles varient entre 10 et 60 watts, que les smartphones émettent en général entre 10 et 250 milliwatts, même s’ils peuvent aller plus haut si nécessaire, et que les points d’accès Wi-Fi ou les femtocells 5G autorisent jusqu’à 100 milliwatts, et sont donc vingt millions de fois moins puissants que l’émetteur de la tour Eiffel. La portée de 100 kilomètres ou plus des antennes de télévision diminue pour atteindre 1 ou 2 kilomètres en 5G, et quelques mètres seulement pour le Wi-Fi ou la femtocell 5G.

Il est à noter que la puissance d’émission d’un smartphone lorsqu’il est loin de l’antenne ou que les conditions sont mauvaises, comme à l’intérieur d’une voiture ou d’un train, constitue le plus grave danger pour la santé. Lorsque l’on plaque son smartphone sur son oreille, c’est comme si on collait sa tête à une antenne Wi-Fi vingt fois plus puissante que le maximum actuel. Tous ceux qui veulent contrer la dangerosité des ondes n’ont donc qu’une seule solution : abandonner leur portable. Les personnes électrosensibles doivent savoir que la puissance des ondes émises par leur portable collé à l’oreille est mille fois supérieure à celle d’une installation Wi-Fi dans leur chambre, à un mètre de leur visage.

En conclusion, l’équipement le plus dangereux en ce qui concerne les ondes est le smartphone. Les ondes provenant des antennes sont pratiquement négligeables par rapport à celles du smartphone, tout naturellement pour des problèmes de proximité. Emballer son appareil dans de l’aluminium ménager produit l’effet inverse : comme le téléphone n’arrive pas à se faire comprendre de l’antenne, il augmente sa puissance au maximum. Une solution élémentaire à mettre en œuvre est d’éloigner de quelques centimètres son smartphone de son oreille pour diminuer fortement la puissance des ondes reçues. Il faut bien noter cependant que, même collés à l’oreille, tous les smartphones commercialisés ont une puissance inférieure à la valeur maximale. Éloigner son smartphone de quelques centimètres permet de réduire de dix à cent fois la puissance des ondes reçues par l’oreille.

Une autre solution serait évidemment d’abaisser la puissance d’émission des smartphones, mais dans ce cas, ceux-ci capteraient les signaux des antennes mais ne pourraient plus s’y connecter dès lors qu’elles seraient un peu éloignées. Vous pourriez donc entendre votre correspondant, mais pas lui parler ! Autre solution, toujours la même : installer des antennes partout, de telle sorte que même des smartphones de faible puissance pourraient s’y connecter. Cela a en outre l’avantage d’augmenter le débit global – la somme des débits de toutes les cellules. Car si la plupart des utilisateurs pensent que plus il y a d’antennes et plus il y a de danger pour la santé, c’est le contraire !

En vérité, la réalité est un peu plus complexe, car de nombreux paramètres interviennent dans les calculs, en particulier la forme des antennes d’émission et de réception, les réflexions qui se produisent sur les murs et induisent différentes ondes électromagnétiques, etc. Il y a trop de paramètres pour évaluer exactement la puissance des ondes reçues par un individu. Cette incertitude permet de douter des résultats théoriques. Il faut avant tout mesurer cette puissance dans les conditions les plus négatives possibles pour être sûr du respect des valeurs maximales autorisées.

Les grands enjeux de la 5G

Immense avancée technologique, la 5G constitue par conséquent un champ de bataille économique qui a un impact important sur l’écologie, mais aussi potentiellement sur la santé, si le réseau est mal construit, et sur certains domaines de la vie privée.

Si, jusqu’à présent, aucune étude n’a relevé de problème pour la santé lorsque le niveau limite fixé par les autorités est respecté, la question est évidemment de savoir si la 5G augmentera fortement la puissance des ondes reçues par les utilisateurs. Une première réponse évidente est oui. En effet, les ondes de la 5G ne peuvent que s’ajouter aux ondes électromagnétiques provenant des précédentes générations, qui, on l’a vu, ne vont pas disparaître du jour au lendemain, et à celles du Wi-Fi, de la télévision, des fours à micro-ondes, des plaques de cuissons, etc. Avant d’étudier en détail ce point dans le troisième chapitre de ce livre, notons que les réponses à cette question engendrent des polémiques allant d’un extrême à l’autre. Les pro-5G ne voient pas l’ombre d’un problème, tandis que les contre-5G n’y voient aucun intérêt, et au contraire une dangerosité qui provoquera rapidement la mort de la moitié de la population mondiale. Les ondes électromagnétiques sont connues depuis longtemps. Celles utilisées par la 5G, comme celles des générations précédentes, se situent entre les ondes électromagnétiques de la parole et celles de la lumière. Toutes sont dangereuses lorsqu’on s’approche trop près de la source, mais leur puissance décroît rapidement avec la distance. Écouter une grosse cloche sonner en posant son oreille dessus, regarder le phare d’une voiture en collant son œil sur l’ampoule ou poser sa tête contre une antenne entraînent une blessure d’une égale gravité. Si dans les trois cas, je m’éloigne d’un mètre, la gravité de la blessure sera cent fois moindre, et si je m’éloigne de quelques mètres supplémentaires, tout ira bien. Il est évident que la puissance du signal demande un éloignement plus ou moins important : plus la source est forte et plus il faut prendre ses distances. À l’inverse, si le son est très bas, que la lumière provient d’une petite bougie ou le signal d’une antenne très faible, comme le Wi-Fi, alors je devrai m’approcher ; sinon, je ne capterai rien.

La 5G aura également d’importantes conséquences écologiques. Les antennes consomment énormément d’énergie et il y en a actuellement 220 000 en France, toutes générations confondues. Globalement, cela représente l’énergie produite par une centrale nucléaire. Et les spécifications de la 5G nécessitent d’augmenter considérablement le nombre d’antennes, et donc l’énergie nécessaire pour les faire fonctionner. Une augmentation qui n’est pas due à une multiplication des antennes, mais à l’augmentation du trafic à traiter et aux fréquences utilisées, qui portent moins loin que celles des générations précédentes.

Cependant, même si la consommation des antennes est importante, elle est presque infime par rapport aux besoins énergétiques des centres de données. En 2020, il n’y a pas encore beaucoup de centres de données chez les opérateurs de télécommunications, puisque les spécifications du réseau d’accès 5G ne se sont terminées qu’en juin. Mais ces centres de données vont fortement se déployer dans les années qui viennent. Avec 300 grands opérateurs dans le monde et des millions d’antennes, cela nécessitera des quantités colossales d’énergie. Nous avons représenté à la figure 1.10 un centre de données qui n’est autre qu’un ensemble de serveurs rassemblés dans des armoires. Avec plus de 1,2 million de serveurs, le plus gros est celui de China Telecom, en Mongolie-Intérieure.

Figure 1.10 – Un centre de données

La société Google possède 25 gros centres de données et plusieurs dizaines de plus petits. L’énergie totale consommée par cette société avoisine la production de deux centrales nucléaires. Si on ajoute les autres centres de données du GAFAM, ceux des opérateurs, des fournisseurs de services et des sociétés, on arrive à un total de 390 centrales nucléaires pour les alimenter. Pour le moment, approximativement 8 % de l’empreinte carbone sont avalés par l’informatique et les télécommunications. Mais cette valeur augmente de plus en plus rapidement, et en 2025, elle pourrait atteindre 30 %. Des extrapolations montrent qu’en 2030 le monde ne produira plus assez d’énergie pour alimenter l’informatique et les télécommunications. Des recherches de l’Académie royale anglaise (la Royal Society) prévoient un arrêt de l’Internet vers 2027, faute d’énergie ! Il est donc capital de chercher des solutions à cette augmentation exponentielle.

La 5G marque de plus un tournant au niveau sociétal : chacun sera connecté partout et tout le temps, avec un débit suffisamment important pour pouvoir faire tout ce qu’il voudra. Une possibilité qui peut être vue comme positive… ou négative. Être connecté n’est pas un problème en soi. Le problème vient du stockage des données et de leur utilisation. Car le stockage est aujourd’hui l’affaire de grands industriels du Web et de l’Internet, mais aussi de tous les autres industriels. Les sociétés alimentent le Big Data en stockant toutes les commandes, toutes les demandes de renseignements, toutes les données lorsque l’on accède à leur site Web. Elles établissent à partir de ces données le profil de chaque utilisateur, qui prend rapidement de la valeur avec le nombre et la qualité des informations récoltées le concernant : nom, âge, sites visités, déplacements, pays visités, etc. Un profil de bonne qualité peut se négocier à un euro pièce, ce qui attire évidemment la convoitise. Certains pays comme ceux de l’Union européenne essaient de ralentir cette frénésie en édictant des règles sur la conservation des données, mais d’autres, tels les États-Unis, forment une vraie jungle où presque tout est possible.

La 5G pourrait jouer un rôle particulièrement important dans ce contexte. Si tout le trafic passait par les centres de données des opérateurs, ces derniers pourraient remplacer les sociétés du GAFAM en maîtrisant les services demandés à la fois par le grand public et par les professionnels. La 5G visant avant tout le marché professionnel, le premier objectif des opérateurs est de le conquérir en proposant d’utiliser leurs centres de données se trouvant bien plus près des entreprises que ceux du GAFAM. Beaucoup de sociétés peuvent confier la sous-traitance de leur réseau et leur informatique à un opérateur pour des raisons de simplicité. Les employés sont dans ce cas directement connectés à une antenne 5G implantée dans une petite cellule à l’intérieur de l’entreprise, ou dans une grande cellule recouvrant l’entreprise. Les membres du personnel trouvent les applications et les services nécessaires à leur travail dans le centre de données sur lequel est connectée la petite ou la grande cellule. L’entreprise n’a plus à se soucier de son réseau et de ses applications, tout est confié à l’opérateur. Le phénomène de sous-traitance n’est pas nouveau : une entreprise peut s’adresser à une compagnie spécialisée pour gérer son réseau et son informatique. La nouveauté réside dans l’introduction des opérateurs pour effectuer cette sous-traitance et non plus des compagnies spécialisées dans ce domaine. Le risque est de mettre à disposition de l’opérateur des données sensibles de l’entreprise. Une confiance doit se mettre en place, associée à des techniques de chiffrement des données dans les centres de données des opérateurs.

Si la 5G vise avant tout les entreprises, elle ne laisse pas complètement de côté le grand public. En parvenant à s’immiscer sur le marché des logiciels et des applications réclamés par le grand public, les opérateurs de télécommunications prendront une place de choix, car leurs centres de données se trouvent à quelques kilomètres des clients, tandis que ceux de Google, Facebook, Amazon, Apple ou Microsoft sont à des centaines ou des milliers de kilomètres. Ce n’est certes pas la priorité des opérateurs, qui visent avant tout les entreprises parce que ce marché n’est pas encore fortement numérisé et que les géants du Web n’ont qu’une légère avance – alors que sur le marché grand public, elles sont loin devant.

Les États-Unis ont bien senti l’importance de la 5G et de l’intégration des centres de données dans ce nouvel univers sur le plan tant stratégique qu’économique. Une grande partie des traitements effectués sur les données des sociétés s’effectuera dans des centres de données sur la bordure du réseau, et la proposition des opérateurs correspond bien à ce principe. Les opérateurs de télécommunications américains ayant compris l’avance technique des grandes entreprises américaines du Web cherchent à trouver une solution qui satisferait les deux camps. Cela pourrait passer par le développement chez Google, Amazon et Microsoft d’une nouvelle génération de centres de données, non plus au centre mais sur la périphérie, qui prendraient en charge le travail de ceux des opérateurs.

Nous venons de découvrir que la partie capitale de la 5G n’est pas l’antenne, qui n’est qu’un relais pour aller vers les centres de traitement. Or une des grandes avancées chinoises est la commercialisation de centres de données pour effectuer les traitements de la 5G. Le gouvernement américain a d’ailleurs décidé d’interdire aux équipementiers chinois de vendre leurs produits aux États-Unis sur cette partie sensible du réseau.

On sait depuis longtemps que l’Internet est le théâtre d’attaques innombrables. Une question importante provient justement de cette perméabilité qui pourrait s’exercer avec la 5G. La nouvelle architecture autour des centres de données n’est-elle pas une faiblesse pour la 5G ? Les spécifications de cette nouvelle génération permettront-elles de limiter le nombre d’effractions et de circonscrire les nouvelles attaques dues à la complexité du système et à la nouveauté des centres de données dans lesquels s’exécutent des millions d’applications ? La 5G est une extension de l’Internet, avec ses qualités et ses faiblesses. Les générations précédentes de réseaux de mobiles étaient bien sécurisées puisqu’en grande partie déconnectées de l’Internet. Avec la 5G, l’Internet et le réseau de l’opérateur de télécommunications se confondent, entraînant les attaques classiques, mais aussi de nouvelles, liées à l’infrastructure numérique de la 5G.

La révolution de la 5G

L’impact de la 5G surpasse de très loin les apports des générations précédentes. Sans doute ressemblera-t-il à celui de la 2G, qui a vu la démocratisation des téléphones mobiles avec le GSM. L’objectif est également nouveau, puisqu’il vise avant tout le marché professionnel. En effet, grâce aux générations précédentes, le grand public possède une avance sur les entreprises : plus de débit et plus de mobilité, ainsi que de nombreuses applications disponibles d’un simple clic sur l’écran. Alors que dans l’entreprise, le smartphone ne sert encore qu’à téléphoner. Il n’existe pas d’applications spécialisées comme l’accès à des Clouds ou des applications métier. La productivité n’a que peu augmenté grâce aux réseaux de mobiles. Pour récupérer les marchés des télécommunications et des applications des entreprises, les spécifications de la 5G développent des applications visant le haut débit, les véhicules communicants, l’automatisation de la production industrielle, le contrôle par des capteurs, etc.

La 5G prendra une place prépondérante dans les réseaux véhiculaires, puisque l’automatisation de la conduite automobile s’effectuera par le biais de logiciels disponibles dans les centres de données. L’industrie sera également révolutionnée par la 5G. Les centres de données contrôleront en temps réel tous les capteurs et les actionneurs des machines-outils. Les usines n’auront plus besoin de réseaux spécialisés complexes, difficiles à sécuriser et particulièrement chers.

Cette révolution de la 5G va remplacer l’Internet fixe par l’Internet mobile, de plus en plus d’antennes seront mobiles, installées dans les trains, les véhicules, les avions et les satellites.

On aurait pu penser que la 5G serait juste une évolution de la 4G. En réalité, elle révolutionnera la façon de travailler. Depuis son domicile, dans son véhicule, dans un train, dans un avion, il sera possible de travailler partout comme dans les locaux de son entreprise, avec les mêmes applications et le même débit. Déjà, depuis le début des années 2020, les déplacements deviennent inutiles, grâce à des visioconférences de qualité dont l’utilité a été démontrée durant la crise du Covid-19.

La 5G, avec toutes ses nouveautés, ouvre une nouvelle ère qui fait peur à certains et enthousiasme les autres. Pour ceux qui aiment le changement, la 5G est un outil fantastique qui transformera la société. Mais ces bouleversements affecteront également beaucoup d’individus qui ont du mal à suivre ces évolutions et leur trouvent un ensemble de défauts dont le critère commun est la complexité de la manipulation du smartphone et des outils disponibles. La problématique est de déterminer si ces défauts sont réels et s’ils sont dangereux.

En quarante ans de réseaux de mobiles, toutes les études ont montré que les ondes électromagnétiques n’avaient d’impact sur la santé que si les règles édictées depuis une vingtaine d’années – jamais fondamentalement remises en cause – n’étaient pas respectées. Jusqu’à l’arrivée de la 5G, il est prouvé que les limites imposées sur les puissances de réception sont correctes. Mais les technologies évoluent et s’ajoutent les unes aux autres. Il faut donc rester vigilant, pour que les limites actuelles soient toujours bien respectées. Les progrès technologiques devraient permettre de baisser encore un peu plus les limites, ne serait-ce que pour satisfaire une partie de la population qui le souhaite, ce qui est tout à fait envisageable et réalisable.

Cependant, la vraie menace de la 5G ne réside pas dans les ondes électromagnétiques, ni dans la consommation énergétique. Il y a beaucoup plus dangereux dans la nouvelle extension des réseaux de mobiles : l’espionnage permanent des données des utilisateurs. Quelques sociétés et quelques pays, via des entreprises étatiques, finiront par connaître bien mieux chaque individu vivant sur cette terre que celui-ci ne se connaît lui-même…

Index

Symboles

1G 8

2G 9, 12, 32

3G 13, 32

Bibliographie technique

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Table des matières

1. Introduction : la 5G, une révolution ? 7

Historique des premières générations de réseaux mobiles 8

L’arrivée de la 5G 18

L’architecture des réseaux 5G 22

Les grands enjeux de la 5G 36

La révolution de la 5G 43

2. Les différences entre la 4G et la 5G et les nouvelles applications de la 5G 47

La 5G : quoi de neuf ? 47

Le très haut débit mobile 53

Les missions critiques 54

L’Internet des objets 59

Le futur proche et plus lointain de la 5G 65

La 5G sera opérationnelle dans un avenir proche 75

3. Santé et 5G : les ondes électromagnétiques de la 5G sont-elles dangereuses ? 77

Les normes de dangerosité en France et à l’étranger 80

Les valeurs maximales 85

Que donnent les mesures ? 91

La 5G est-elle dangereuse ? 95

Y a-t-il des systèmes radio plus dangereux que la 5G ? 104

Les évolutions de la 5G seront-elles source de dangers supplémentaires ? 106

Il ne faut pas avoir peur de la 5G sur le plan sanitaire 108

4. La 5g et l’écologie 111

La dépense énergétique de la 5G 111

Le coût écologique des équipements 5G 126

La 5G va-t-elle perturber les prévisions météorologiques ? 131

Que peut apporter la 5G à l’écologie ? 133

Les équipementiers doivent s’engager sur le plan écologique 135

5. Les dangers sociétaux 137

La 5G constitue-t-elle une course à la technologie dont nous n’avons nul besoin ? 138

La 5G fait-elle peser une menace sur la vie privée ? 140

Le monde devient un grand village 148

La fracture numérique va-t-elle encore s’agrandir ? 151

L’automatisation par la 5G et l’impact sur la société 152

Les embouteillages du ciel 159

L’addiction à la 5G 163

Les conspirations autour de la 5G 165

Le véritable danger de la 5G concerne la protection des données personnelles 166

6. Les dangers économiques 169

La guerre économique liée à la 5G 170

La compétition industrielle au travers de la 5G 174

Les avancées économiques offertes par la 5G 175

Trop d’informations tue l’information 187

Qui maîtrise la 5G et qui maîtrisera les données transitant par la 5G ? 191

La 5G au cœur des enjeux économiques 196

7. La sécurité de la 5g 199

Les attaques sont-elles plus simples ou plus compliquées sur le réseau 5G ? 201

Les données sont-elles mieux protégées avec la 5G ? 206

La criticité de la 5G 209

Les véhicules connectés et autonomes représentent-ils un danger ? 212

Que peut apporter l’intelligence artificielle à la 5G ? 217

Les cartes SIM de la 5G 219

La sécurité de la 5G vue par les États 223

Malgré les avancées, de nouvelles menaces 229

8. Conclusion et futures générations 231

La 5G, le réseau de demain 231

Les constellations de satellites, une révolution inutile ? 236

La 5G+ répond-elle mieux aux objectifs visés ? 238

La 5G, une manne économique et technologique, mais qui n’est pas sans dangers 252

Index 253

Bibliographie technique 261

Direction de la publication : Sophie Descours

Édition : Viviane du Guiny

Préparation de copie : Béatrice Argentier

Relecture des épreuves : Claudia Mericskay

Couverture : Le-petitatelier.com

Mise en pages : CGI

Fabrication : Rebecca Dubois