NEWSLETTER 2022 / T1

ENJEUX ET IMPACTS DE LA 5G

La 5G apporte des réponses indispensables aux limitations de la 4G en termes de débit et de latence. Elle couvrira des besoins croissants en transmissions de données sur des services de téléphonie et internet déjà existants. Mais surtout, elle ouvrira aussi le champ à de nouveaux usages industriels et domestiques non sans poser de nombreux problèmes sociétaux et environnementaux.

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PARTIE 1 : 5G, ENJEUX, INNOVATIONS DANS LES USAGES & DEPLOIEMENT

 

Comprendre les enjeux de déploiement de la 5G en Europe et dans le monde

Il y a moins de 10 ans, l’Union Européenne définissait la stratégie de développement de la 5G au prix d’investissements importants et d’une coordination régulière les années suivantes avec chaque pays adhérent. L’objectif était de viser une position de leader mondial pour le numérique et surtout rattraper un certain retard avoué par rapport aux pays asiatiques notamment. En Chine, par exemple, le déploiement de la 5G s’effectue à marche forcée depuis quelques années avec un taux d’équipements télécoms compatibles importants. En 2020, le nombre de terminaux avait plus que tripler passant de 50 à plus de 180 millions d’unités, preuve d’un lancement avéré de cette technologie. Pionniers en 2018, les Etats-Unis ont lancé leur programme avec des acteurs privés comme A&T, Verizon, Sprint ou T-Mobile encouragés par des promesses de débit jusqu’à 40 fois plus rapides que la 4G.

Pour la France, l’ARCEP (Agence de Régulation des Communications Electroniques, des Postes et de la Distribution de la Presse) a été chargée de mener le projet 5G avec le lancement d’offres commerciales fin 2020 par les opérateurs télécoms (Orange, SFR, Bouygues et Free). Cette cinquième génération est la suite d’une succession de technologies apparues au cours des années 90 puis 2000 et 2010, respectivement 2G, 3G, 4G. Chaque famille a vu le nombre de services proposés augmenter. La 2G apportait la voix et les messages textes (SMS). La 3G a introduit la possibilité d’accéder à l’Internet. La 4G a amélioré la qualité de services avec la possibilité de visionner des vidéos fluides ou d’utiliser des applications logicielles connectées. Le téléphone mobile véritable engouement à la fin des années 90 a été ringardisé avec la généralisation du smartphone, véritable couteau suisse high tech capable de tout faire ou presque à tel point qu’il est devenu peu à peu une prolongation de nous même.

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Source : Infographie issue d’un rapport de l’Arcep sur la 5G

Dans son programme « Europe connectée : Objectif 2025 », les principales visées de la Commission Européenne sont de connecter en très haut débit l’ensemble des infrastructures publiques ou privées grâce à la fibre optique mais aussi la nouvelle 5G réservée pour les grands axes routiers, le ferroviaire ou encore les grandes villes avec des connexions ininterrompues. Ainsi, toute l’Europe serait un vaste espace où communiquer serait rendu possible avec des débits suffisants et adaptés aux nouveaux usages.

Cette perspective ambitieuse est un enjeu stratégique puisque la 3ème révolution industrielle de l’information impose la donnée comme une matière première indispensable pour acquérir des avantages concurrentiels dans un environnement économique mondialisé. Il est donc nécessaire de savoir la traiter rapidement et efficacement, la transmettre et la faire interagir avec d’autres systèmes dans un écosystème donné. Cela impose de disposer d’une infrastructure capable de véhiculer des quantités importantes d’information vers des datacenters, des centres de calcul, des terminaux. Voilà pourquoi, la course à la 5G est lancée tant les marchés potentiels sont déjà importants et que d’autres seront créés par un effet d’offres.

Nouveaux usages industriels et domestiques de la 5G

La première raison qui a imposé la 5G est la saturation progressive du réseau 4G avec l’augmentation du trafic Internet mobile vers 2010. Il devenait de plus en plus prévoyant de mettre sur pied, pour les années 2020, une technologie capable de transmettre des données sans cesse plus importantes notamment avec la généralisation de la vidéo comme usage domestique ou le développement des réseaux sociaux.

Les prévisions de débits élevés et de latence faible ont rendu envisageable des communications si rapides que de nouveaux usages ont été imaginés et vont s’implanter peu à peu dans différents domaines professionnels. En médecine par exemple, la communication entre soignants et patients est à la base d’un gisement de nouveaux services : télémédecine, continuité du lien médical pendant les déplacements de malades, acheminent de médicaments d’urgence par drones. Sur la route, les flux de circulation pourront être mieux régulés grâce à des voitures connectées à des services d’aides à la conduite. En agriculture, les fermes surveilleront leurs troupeaux et réguleront l’arrosage des champs en fonction de prévisions météorologiques. Les objets connectés dans le secteur du bâtiment seront reliées à des passerelles 5G pour envoyer les informations collectées vers des serveurs à des fins de mesures pour optimiser les consommations énergétiques ou améliorer le confort et la sécurité. Enfin dans l’industrie, il sera possible de développer des services de maintenance avec la réalité augmentée. Par exemple, le service Teamviewer Assist AR permet à un technicien en France d’être assisté par un expert japonais pour être guidé dans la résolution d’une panne à distance sur une machine grâce aux images vidéos prises sur site en France et envoyées en temps réel au Japon. Tout se passe comme si le technicien et l’expert étaient côte à côté. Ils voient l’un et l’autre la même chose et peuvent communiquer oralement. D’ailleurs, la 5G plaide pour le travail à distance ou la mobilité qui se développe considérablement, de manière durable.

Comme dans tout domaine innovant et concurrentiel, le marché fera lui-même le tri et nombre de services possibles techniquement ne se développeront pas, faute d’une véritable utilité. Cependant, il est certain que la 5G va transformer les habitudes sociales et apportera son lot de progrès utiles au quotidien mais induira aussi des dépendances accrues aux outils numériques notamment dans les applications domestiques chez les jeunes mais pas seulement.

Spécification et déploiement de la 5G

Après les phases de tests réalisées par les opérateurs et orchestrées par l’ARCEP, la 5G se déploiera en France progressivement sur environ 7 années de 2020 à 2027 puisqu’un nouveau réseau d’antennes doit être implanté sur le territoire avec à la clef de nouveaux usages qui seront agrégés au fil du temps. Par rapports à d’autres nations européennes (Italie, Espagne, Royaume-Unis, Allemagne ou Suisse), asiatiques (Corée du Sud, Chine) ou les USA, la France se doit de rattraper un certain retard pour disposer rapidement d’une infrastructure 5G capable de proposer des services fondés sur l’échange de données. Industriellement parlant, c’est un enjeu stratégique déterminant dans la 4ème révolution industrielle de pouvoir disposer de très hauts débits mobiles à faible latence. Fin 2019, la France était classée 18ème/22 pays ayant engagé un passage à la 5G.

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Source : Omdia Progress - 2020

La 5G est une évolution technique de la 4G qui permet une amélioration des performances et ne nécessite pas le développement de technologies fondamentalement différentes. Les techniques de codage du signal et les méthodes de multiplexage restent similaires. Deux bandes de fréquences principales ont été alloués : 3,5 GHz (intervalle 3,4 à 3,8 GHz) et 26 GHz (intervalle 24,25 GHz à 27,5 GHz). Elle utilisera aussi d’anciennes bandes de fréquences libérées comme celle de 700 MHz et d’autres. Ces gammes de fréquence sont uniformes sur l’ensemble du territoire de l’Union Européenne.

C’est au niveau des spécifications que les différences sont notables. Le débit crête (maximum) est multiplié par 10 passant de 1 Gigabits/sec à 10. La latence (temps entre 2 émissions) passe de 10 ms à moins d’1 ms. La densité de connexions sera multiplié par 1000 passant de 1000 connexions/km² à 1 million/km². Enfin les bandes de fréquences sont considérablement élargies. Elles étaient de 2 à 8 GHz pour la 4G et passent de 3 à 86 GHz pour la 5G (des bandes supérieures à 31,8 GHZ sont actuellement à l’étude). Ainsi la technologie 5G rend possible l’arrivée massive des objets connectés dont certains nécessiteront des communications radios pour être utilisés.

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Différences spécifiques entre la 4G et la 5G (Source www.rfwireless-world.com)

 

Dans un premier temps, la 5G s’appuiera sur le réseau d’antennes existant et ne nécessitera pas de déploiement d’installations supplémentaires similaires sur de nouveaux sites. Son usage sera donc possible mais limité par les infrastructures télécom en place et le parc de terminaux compatibles. Elle fonctionnera sur la bande des 3,5 GHz.

Les phases de déploiement suivantes prévoient une multiplication importante d’antennes (plus de 60 000 pour la France) à faible portée mais très haut débit, sur la bande des 26 GHz, dans les zones urbaines fortement peuplées pour garantir des trafics de données très importants. L’essentiel des investissements des opérateurs se situent à ce niveau et sont conséquents. Notons également que les axes autoroutiers dans un premier temps puis les routes principales ensuite seront couvert à l’horizon 2027 avec des débits d’au moins 100 Mbits/sec.

On prévoit  2,8 milliards de souscriptions 5G d’ici à 2025 dans le monde. Les technologies précédentes seront  remplacées  progressivement mais la technologie 4G restera encore majoritaire quelques années avant d’être supplantée. Quant aux autres technologies plus anciennes, elles seront cantonnées à des usages particuliers qui n’exigent pas de débits importants. A l’aube de 2030, la majorité des pays développés sera passée sur la 5G. Elle devrait permettre d’absorber l’augmentation exponentielle des données consommées sur les réseaux mobiles français, déjà constatée depuis plusieurs années. En effet, on est passé de 0,5 milliards de Go à plus de 5 milliards de Go entre 2015 et 2019 (Source ARCEP – 2020).

PARTIE 2 : RISQUES DE LA 5G POUR LA SANTE ET L’ENVIRONNEMENT

 

5G et santé humaine

Le développement de la 5G pose le problème des ondes électromagnétiques, sujet qui revient de manière récurrente depuis les années 1950 avec l’apparition des radars. En France, l’ANSES est chargée d’étudier les effets des rayonnements sur la base de travaux publiés par l’ICNIRP (sigle anglais signifiant en français Commission Internationale de Protection contre les Rayonnements Non Ionisants) Ils concluent sur les connaissances scientifiques actuelles notamment sur les valeurs limites d’exposition et ont été publiés récemment dans un rapport complet de mars 2020 (Guidelines for limiting exposure to electromagnetic fields in a range of 100 kHz to 300 GHz).

Les conséquences délétères connues actuellement avec les ondes électromagnétiques sont les effets thermiques sur les tissus humains par des expositions lointaines (antennes) ou proches (terminaux). L’ICNIRP considère qu’une puissance absorbé qui augmenterait la température corporelle de 1°C est néfaste pour l’organisme et définit une valeur limite d’exposition 50 fois inférieure.

Pour les antennes, on mesure le champ électrique limite exprimé en V/m. Les puissances d’émission doivent être variables afin de les ajuster mais il peut arriver que des points atypiques soient détectés (environ 30 unités par an actuellement en France). Il s’agit de zones où la valeur du champ électrique mesuré est supérieur à 6V/m. Leur nombre n’est pas très important mais la législation (en France avec la loi Abeille) oblige les opérateurs à corriger chaque année ces anomalies afin de disposer d’un réseau de télécommunication le plus conforme possible aux recommandations de l’ICNIRP. Certains pays (Canada, USA, Corée du Sud, et d’autres) vont même plus loin et exigent des expositions inférieures aux limites autorisées.

Des appareils de mesure ont été conçus aussi pour mesurer les expositions par une grandeur de référence : Débit d’Absorption Spécifique (DAS) exprimé en W/kg ou W/m² selon les fréquences de test. Par exemple, pour les ondes à très hautes fréquences sur la bande 5G des 26 GHz, les ondes ne pénètrent pas dans le corps humain et se diffusent sur la peau. Le DAS est alors mesuré en W/m². Pour d’autres rayonnements plus pénétrants comme les rayons X, la mesure est en W/kg de tissu humain.

Les valeurs définies par l’ICNIRP servent de référence pour les états quand ils veulent réglementer sur les usages d’une technologie de télécommunication. Les antennes doivent répondre à des caractéristiques bien définies et les fabricants de terminaux sont tenus de respecter les DAS maxi autorisés.

Une législation complémentaire existe aussi pour limiter l’exposition aux ondes électromagnétiques dans les établissements scolaires, de soin ou les crèches . Notons que l’usage des téléphones est interdite dans l’enceinte des écoles et des collèges ou que tout téléphone portable devrait être légalement vendu avec une oreillette ce qui n’est pas toujours le cas.

 

Toutes les normes d’exposition définies par l’ICNIRP, sont respectées tant en France, qu’en Europe ou dans le monde avec des valeurs bien en-deça des valeurs limites réglementaires. Une volonté de transparence des pouvoirs publics sur le sujet est manifeste avec une législation qui prend le sujet avec sérieux. Aujourd’hui, c’est la téléphonie mobile qui expose le plus les populations aux ondes électromagnétiques avec des variations qui diffèrent selon sa position géographique, en ville ou à la campagne, à l’intérieur ou à l’extérieur d’un bâtiment. Voir ci-dessous l’évaluation de l’ANFR des contributeurs principaux aux expositions des ondes électromagnétiques. Notons également que les niveaux des expositions médians sont actuellement 150 fois moindre que les valeurs limites usuelles.

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Devant l’augmentation importante de l’usage des ondes électromagnétiques dans les prochaines années, la question est de pouvoir estimer si le taux d’exposition actuel (sans effet notable sur la santé aujourd’hui) ne va pas progresser au point de devenir dangereux au fil du temps. Les scénarii envisagés pour estimer ces évolutions tiennent compte des apports nouveaux de la technologie 5 G, à savoir :

  • puissances d’émissions plus grandes des antennes

  • faisceaux plus fins d’émission qui exposent moins les utilisateurs inactifs (antennes actives à venir pour la 5G à la différence des antennes passives actuelles qui rayonnent tous azimuts)

  • exposition avec un mode de communication alterné entre le terminal et l’antenne

  • modification des usages avec les débits attendus pour la 5G

 

Les conséquences de ces changements sont des expositions moindres en dehors des faisceaux d’émissions mais plus grands à l’intérieur (des faisceaux). La durée d’exposition aux rayonnements sera également moins grande puisque les débits sont multipliés par 10 avec des temps de communications raccourcis. Il est difficiled’affirmer dans ces conditions changeantes en fonction des situations diverses si l’utilisateur sera plus exposé ou moins aux ondes électromagnétiques. Une chose est sûre c’est qu’en milieu rural, il n’y aura pas de grands changements par rapport à la situation actuelle. C’est en milieu urbain où l’exposition actuelle pourrait progresser considérablement et il conviendra de suivre avec attention ces évolutions. Notons également que les premières études sur les expositions en phase commerciale montrent une évolution modérée des mesures.

Les conclusions actuelles des agences sanitaires sur le déploiement et l’usage de la 5G indiquent l’absence d’effet sur la santé pour les valeurs d’émissions utilisées. Les recommandations sont de poursuivre les études afin de collecter suffisamment d’informations et d’estimer les dangers potentiels à long terme. Pour l’heure, c’est l’intensité d’exposition très supérieures aux normes définies qui seule peut induire des maladies particulières (cancers notamment) à court terme.

5G et environnement

L’écosystème numérique des prochaines années s’appuiera essentiellement sur la transmission de données via les réseaux 5G, lien indispensable entre des utilisateurs et des datacenters pour des usages domestiques ou professionnels. Cette évolution, déjà en marche depuis plus de 20 ans, dans le domaine des médias et du divertissement induira un impact sur l’environnement par des consommations énergétiques plus importantes et des équipements nécessaires plus nombreux. Même si la fibre remplace peu à peu les réseaux cuivre plus énergivores, sa part dans la transmission des données deviendra minoritaire par rapport à la 5G.

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Souce : The Shift Project – Forestcast Model 2021

Rappelons que les études en amont pour les services 5G prévoient des usages variés qui font appel à la vidéo forte consommatrice d’énergie (streaming, vidéo surveillance), à des milliards d’objets connectés (Industrie 4.0, smart building et des usages qui nécessitent des puissances de calcul importantes (crypto monnaies, véhicule autonome, téléchirurgie, etc…).

L’ensemble des politiques environnementales de la plupart des pays du globe s’appuie sur les conclusions du GIEC qui décrivent différents scénarii au sujet de l’évolution de la température globale sur Terre à l’horizon 2100. Des think-tanks tels que The Shift Project en France appellent à des usages modérés, réfléchis et pertinents des nouvelles technologies de l’information dont la 5G fait partie. Leur conclusion est de penser que les trajectoires de consommations énergétiques induites par l’écosystème numérique actuel et à venir ne sont pas soutenables d’un point de vue environnemental. La 5G est directement dans le viseur. Comme maillon essentiel dans la transmission de données, elle va engendrer, de manière directe ou indirecte, de nouveaux usages pas forcément indispensables. L’idée d’une gouvernance du numérique à l’échelle européenne est avancée pour contraindre les usages et limiter de facto les consommations afin d’atteindre des développements sociétaux résilients. D’après le Haut Conseil pour le Climat, le déploiement de la 5G induirait une augmentation de 18 à 44% de l’empreinte carbone toute consommation énergétique confondue, de la production à l’utilisation des équipements.

Si, les projets d’infrastructures nationaux ou internationaux, sont pensés et organisés au niveau des gouvernements, l’usage de ses outils est laissée libre aux entreprises qui peuvent faire preuve de créativité importante pour mettre sur pied des services qui impliqueront de nouvelles offres dont la nécessité n’est pas toujours démontrée. On aboutit alors à un cercle vicieux avec des usages qui impliquent des infrastructures et des infrastructures qui appellent de nouveaux usages. La boucle est bouclée pour créer un effet d’offres et d’usages. Nombre d’organisations pour le climat œuvrent pour infléchir cette tendance mais les modèles économiques et les stratégies politiques ou économiques de presque tous les pays vont à contre sens de ces idées et favorisent la tendance observée vers toujours plus de flux de données.

 

Conclusion

La 5G est une technologie étonnante par sa capacité à transmettre des volumes d’informations gigantesques en un temps record avec une latence très faible. Elle induit de facto de nouveaux usages avec des services destinés aussi bien aux particuliers qu’aux entreprises. Son déploiement va prendre plusieurs années avec une première phase dans la bande 3,5 GHz qui sera suivie ensuite de celle des 26 GHz. Actuellement, l’impact sur la santé qui inquiétait nombre d’associations, n’est pas avérée mais des études sur de potentiels effets longs terme se poursuivent. La 5G est un vecteur qui contribue à l’intensification du numérique sur notre quotidien au point d’augmenter significativement les consommations énergétiques, source de production de gaz à effet de serre donc de réchauffement. Plusieurs organisations sont attentives à cette problématique et interviennent dans le débat public pour tenter d’infléchir cette tendance par d’autres choix politiques que ceux actuels. Il est certain que la 5G apportera un progrès dans les usages quotidiens tant au niveau professionnel que domestique mais la maîtrise énergétique est une nécessité pour éviter une envolée des consommations et préparera mieux l’introduction de la 6G déjà dans les tuyaux pour les années 2030 avec un modèle d’usage soutenable.