Comment fonctionnent les technologies sans fil?
De la recharge sans fil à la 5G, on vous explique pourquoi les ondes électromagnétiques
émises par nos dispositifs ne sont pas un danger pour notre santé
Dans notre article sur les fake news on vous avait promis une interview avec Igor Spinella, ingénieur mécatronique et PDG de Einova, pour approfondir tout ce qui concerne le wireless et les ondes électromagnétiques. En effet, la révolution de la 5G a soulevé des doutes concernant les possibles conséquences de cette technologie sur notre santé. C’est pourquoi nous allons vous expliquer comment fonctionnent la recharge et les télécommunications sans fil, qu’est-ce qu’une onde électromagnétique et pourquoi nos dispositifs électroniques ne représentent pas un danger. C’est parti!
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Igor, peux-tu nous expliquer le principe physique à la base de la recharge sans fil?
Il faut tout d’abord distinguer entre la recharge de proximité et la recharge à distance. Les deux se servent des ondes électromagnétiques, mais de différentes façons. La recharge de proximité exploite le principe de l’induction électromagnétique, celui qui fait fonctionner tous nos chargeurs sans fil. Prenons, par exemple, nos Charging Stones: quand on branche la fiche à la prise, le flux de courant alternatif traverse la bobine de transmission à l’intérieur de la pierre et génère un champ magnétique variable dans le temps. Ce champ atteint la bobine réceptrice — intégrée dans le smartphone compatible avec la recharge sans fil — qui, à son tour, génère du courant électrique et le convertit en tension de recharge.
Il n’y a pas de rayonnement électromagnétique dans l’air, car les deux bobines sont proches, même adjacentes. Cela permet de limiter au maximum la dispersion d’énergie (et donc d’atteindre une efficience énergétique très élevée) et rend impossible tout type d’interaction entre les ondes électromagnétiques et le corps humain. Nos chargeurs à induction peuvent transmettre jusqu’à des centaines de watt, selon leur application, mais ils sont tous sûrs et efficients, comme le témoignent les certifications obligatoires, (telles que CE ou FCC) sans lesquelles il serait impossible de les commercialiser, ainsi que les certifications de qualité (par exemple Qi et UL).
La technologie de recharge à distance, par contre, est toujours en cours d’étude. Par exemple, Motorola et Xiaomi viennent tout juste de développer des prototypes de systèmes de transmission pour smartwatches, écouteurs Bluetooth et d’autres dispositifs de petites dimensions. Il est important de souligner que, par rapport à la recharge à induction, l’efficience est réduite: une bonne partie de l’énergie transmise, en effet, est dispersée, puisque le mécanisme est physiquement plus complexe.
Igor Spinella, ingénieur mécatronique et PDG de Einova
Quand on jette un caillou dans l’eau, il crée des ondes sphériques mécaniques qui s’affaiblissent au fur et à mesure qu’elles s’éloignent de l’endroit où le caillou est tombé. Il en est de même avec l’énergie: celle qui provient de la source, donc de l’antenne, se distribue sur un volume majeur, au fur et à mesure que les ondes électromagnétiques sphériques se propagent dans l’air; l’antenne réceptrice, par conséquent, ne reçoit qu’une quantité très faible de la puissance de sortie.
Pour remédier à ce problème, Motorola et Xiaomi ont trouvé le moyen de diriger l’énergie vers le dispositif récepteur. Comment? L’antenne émettrice est un array, c’est-à-dire une matrice de pleins de petites antennes, pilotées de sorte à ce qu’elles puissent générer un faisceau collimaté d’ondes électromagnétiques (et non pas une onde sphérique), convergeant sur le dispositif à recharger. Bien que cette solution aide à améliorer l’efficience, les hautes fréquences en jeu, ainsi que la difficulté de contrôle du faisceau, font que, des 5 W émis par le transmetteur, seulement 1 W parvient finalement au récepteur … Ce n’est pas grande chose!
De plus, si le faisceau collimaté de la recharge sans fil à distance atteignait la même puissance que l’on atteint par induction — comme dit, on est capable d’alimenter des TV ou des appareils ménagers de manière sûre, transmettant des centaines de watt — , il serait dangereux de le traverser. Par conséquent, il est nécessaire de limiter cette technologie de recharge à 5 W, comme le prévoit la réglementation FCC, évitant ainsi tout type de risque pour le corps humain — en dépit, toutefois, de la vitesse de recharge et de l’efficience.
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Comment fonctionnent les télécommunications sans fil?
Le principe est le même de la recharge à distance: il y a une antenne émettrice et une antenne réceptrice, mais cette fois-ci les ondes électromagnétiques véhiculent des signaux, c’est-à-dire des informations, et non pas de la puissance. Bien évidemment, il y a toujours de la transmission d’énergie, mais à très faible quantité par rapport aux systèmes de recharge.
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Peux-tu nous décrire les ondes électromagnétiques de la recharge sans fil?
Quand on parle d’ondes électromagnétiques, on prend en compte trois facteurs: amplitude, longueur et fréquence. La longueur d’onde décrit la distance entre les crêtes de l’onde, alors que la fréquence indique le nombre de crêtes dans l’unité de temps. Ces deux grandeurs sont inversement proportionnelles, car si la distance entre les crêtes augmente, leur récurrence dans le temps diminue. L’amplitude, par contre, est proportionnelle à la puissance du signal.
Pour mieux comprendre à quoi ressemblent ces paramètres, on peut penser aux ondes mécaniques du son. L’amplitude correspond à l’intensité: un chuchotement, par exemple, a une amplitude mineure par rapport à un hurlement. La fréquence, en revanche, indique la hauteur tonale: le son aigu d’un violon a une fréquence plus élevée par rapport à celle du son grave d’une contrebasse.
Les ondes électromagnétiques ont des fréquences beaucoup plus élevées que les ondes mécaniques. Imaginons un parcours dans le spectre électromagnétique, allant dans le sens croissant. Tout d’abord, on trouve les ondes radio, avec des fréquences qui vont de dizaines de kHz (1 kHz = 1000 Hz) jusqu’à des centaines de MHz (1 Mhz = 1 million de Hertz): la longueur de ces ondes est comparable à celle d’un bâtiment.
Si on monte, on trouve les micro-ondes, avec des fréquences allant de 300 MHz jusqu’à des centaines de GHz (1 GHz = 1 milliard de Hertz). La wifi, la 5G et le four à micro-ondes travaillent tous les trois dans les fréquences des GHz. Doit-on s’inquiéter? Absolument pas, puisque l’amplitude de ces ondes — l’autre paramètre fondamental — est différente. Un four demande une puissance élevée pour cuire les aliments, contrairement à la wifi ou à la 5G, qui se servent de puissances plus faibles pour transmettre les signaux.
En continuant notre montée en fréquence, on rencontre des ondes électromagnétiques que l’on connaît très bien: la lumière visible. Pourquoi craint-on la 5G, alors qu’elle a des fréquences relativement basses, et non pas la lumière et les couleurs? Très probablement parce qu’on les voit et on les connaît depuis toujours, donc on ne les perçoit pas comme une menace. Pourtant, il faut se protéger des rayons ultraviolets émis par le soleil (qui ont une fréquence encore plus élevée) pour éviter brûlures, rides et, dans des cas limites, même des mélanomes … Rien à voir avec la 5G et les chargeurs sans fil!
Pour conclure, la fréquence joue un rôle crucial (pensons à nouveau au son du violon et de la contrebasse), mais l’amplitude aussi (rappelons-nous de l’intensité du son). Voilà pourquoi les producteurs de systèmes de recharge et de télécommunication sans fil sont obligés de respecter des standards limitant la bande de fréquence des ondes électromagnétiques émises, en fonction de leur but, et la puissance de transmission.
“Pourquoi craint-on la 5G, alors qu’elle a des fréquences relativement basses, et non pas la lumière et les couleurs?”
Igor Spinella
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Donc peut-on dire que les ondes électromagnétiques ne sont en aucun cas dangereuses pour notre organisme?
On peut réfléchir en termes d’exposition. Comme on l’a vu, dans la recharge et dans les télécommunications sans fil, la propagation des ondes se fait dans l'air ou directement entre les deux dispositifs adjacents. Dans les deux cas, par conséquent, il ne peut pas y avoir de répercussions sur notre organisme. Les études sur les effets des champs électromagnétiques à radiofréquence concernent principalement les émissions générées par nos smartphones.
Quand on passe un appel, on expose l’oreille aux ondes produites par le champ magnétique du portable: ce sont des ondes à basse fréquence, produisant, une fois absorbées par le corps, de la chaleur et donc une légère hausse de température — que l’on peut facilement constater, lorsqu’on se touche l’oreille après avoir raccroché. L’absorption est exprimée en DAS (débit d’absorption spécifique par unité de masse) et mesurée en W/kg. En vertu de la loi, les portables ne peuvent pas dépasser la valeur de 2 W/kg; mais il s’agit d’un seuil vraiment précautionneux, puisque les smartphones atteignent rarement des puissances élevées — par exemple lorsque le signal est faible ou quand on compose le numéro de téléphone.
De plus, il n’y a pas d’évidences scientifiques sur la corrélation entre l'absorption des ondes électromagnétiques — à ces niveaux de fréquence — et le développement de pathologies. Toutefois, il est toujours possible de prendre de simples précautions: utiliser des écouteurs, au lieu de rapprocher le téléphone à l’oreille, est un moyen très efficace de limiter l’exposition aux ondes électromagnétiques.
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Pour conclure, le wireless est-il sûr et fiable à 100%?
Oui, complètement. Au cours du siècle passé, il a révolutionné nos vies, nous permettant de communiquer à distance et de nous émanciper des barrières physiques imposées par les câbles électriques. Mais puisqu’il s’agit d’une technologie en constante évolution, dans un futur proche nous pourrons transmettre et recevoir des données et de l’énergie beaucoup plus rapidement, et synchroniser toujours plus de connexions.