Wi-Fi et son usage Contexte et implications

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1 Wi-Fi et son usage Contexte et implications Mohamed Mokdad Ingénieur diplômé en électricité de l EPFL & Chargé de cours à la HES de Berne en section informatique Ce travail a été réalisé dans le cadre du mandat de la CIIP du 9 octobre 2008 Mandat confié par le Secrétariat Général de la Conférence Intercantonale de l'instruction Publique de la Suisse Romande et du Tessin (CIIP) 5 Janvier 2009

2 Table des matières 1. L essentiel en bref Introduction Présentation du Wi-Fi L Alliance Wi-Fi La réglementation Effets sur le corps humain Les effets dus au spectre électromagnétique Les effets dus au comportement La proximité des installations rayonnantes La mesure des effets électromagnétiques Les limites autorisées Le champ électrique Le champ magnétique L immission Le débit d absorption spécifique Fonctionnement du Wi-Fi Dans la pratique Conclusion Annexes...13

3 Wi-Fi et son usage Contexte et implications Mohamed Mokdad Ingénieur Diplômé en Electricité de l EPFL & Chargé de cours à la HES Berne en section informatique 1. L essentiel en bref Le Wi-Fi, technologie de communication de données par voie hertzienne, sert à connecter des équipements de communications que sont, entre autres, les ordinateurs, terminaux portables, imprimantes et stations de bases permettant ainsi l accès à internet. Le Wi-Fi est simple d utilisation, permet la mobilité, ne requiert pas de droit d exploitation à l usage et reste bon marché grâce au travail de normalisation soutenant cette technologie. Il garantit l interopérabilité des différents équipements. Comme toute nouvelle technologie, et particulièrement celles qui ont recours au rayonnement électromagnétique, l acceptance du Wi-Fi suscite des certaines craintes de la part des usagers. Les mesures de protection mises en place par les organes de régulation et de normalisation sont de nature à répondre aux différentes questions que se posent les personnes concernées par la technologie Wi-Fi. A ce sujet, les analyses objectives menées à ce jour et par les différentes institutions, n ont pas montré, dans les limites d utilisation définies par la réglementation, de dangers réels pour le corps humain. Dans ces limites définies, Il n existe pas d effet ionisant, ni d échauffement de partie du corps humain qui puissent affecter la santé de l utilisateur. Malgré les seuils draconiens imposés par la réglementation, l usage du Wi-Fi reste encore bien en-deçà de ces valeurs de seuils et bien en dessous des seuils admis pour d autres services radio que sont, à titre d exemple, la téléphonie mobile GSM et le téléphone sans cordon DECT. 2. Introduction Le monde moderne connaît une évolution fulgurante des technologies de tout acabit. Les temps de maturité et de déploiement de ces dernières sont de plus en plus courts selon analyse et constat de Ray Kurzweil ( Les besoins technologiques de la nature humaine deviennent de plus en plus sophistiqués. Cette évolution frénétique n épargne pas les mondes des télécommunications en général. A-t-on pris assez de recul pour la mise sur le marché de ces nouvelles technologies? En a-ton bien mesuré les conséquences? Cette étude présente les multiples facettes de cette évolution et en décrira les rôles des différents composants et intervenants. Elle décrira le

4 spectre et les différents acteurs pour sa mise en œuvre, le Wi-Fi de manière plus spécifique, ses effets sur le corps humain et comment en protéger ce dernier. Cette étude concernera essentiellement la technologie communément appelée Wi-Fi sous ses différentes formes. Ce document n a pas la prétention d aller dans les détails mais donne une vue globale sur le sujet. Il aide le lecteur à situer le Wi-Fi et ses conséquences. Cette analyse ne traite pas des aspects commerciaux de cette technologie. 3. Présentation du Wi-Fi L usage de l expression Wi-Fi (Wireless Fidelity) revêt différentes significations et une certaine confusion existe. On parle indistinctement de la norme Wi-Fi au même titre que de la norme IEEE Le Wi-Fi est une technologie de radiocommunication servant à réaliser à moindres coûts des réseaux sans fil pour la communication de données. Ces réseaux sont appelés WLAN (Wireless Local Aera Network) et peuvent servir à connecter plusieurs équipements à la maison entre eux ou permettre l accès à internet. Mettons un peu d ordre dans la terminologie. 3.1 L Alliance Wi-Fi La norme technique permettant le transfert de données par ondes hertziennes est bien la norme IEEE et ses différentes variantes comme par exemple IEEE a, IEEE b, IEEE g, IEEE e et IEEE h. Cette norme est le produit d une organisation de normalisation américaine IEEE-SA (Institute of Electrical and Electronics Engineers - Standards Association) qui fait de la promotion nationale et défend les technologies nées aux Etats-Unis d Amérique. La norme ne décrit que la réalisation technique de l interface radio entre la station de base et les stations mobiles. L expression Wi-Fi n est, en fait, que le nom de l alliance qui a fait la promotion commerciale de cette série de normes IEEE (et de ses différentes variantes). C est une alliance d industriels qui vise à donner confiance dans la dite norme et à en garantir l interopérabilité. Son site web est A titre de comparaison on pourrait, comme organisations similaires, citer WiMAX pour la promotion d IEEE ou GSMA pour la promotion de GSM. Ces organisations de promotion ne développent pas de normes elles-mêmes, elles œuvrent à en faciliter l usage commercial. La norme de la série la plus utilisée est l IEEE b et sa mise en application très simple a largement contribué à sa grande pénétration du marché. Dans le domaine spectral, la norme IEEE b occupe la bande de fréquence de GHz à GHz et la norme IEEE a la bande de fréquence de GHz à GHz. Ces bandes sont représentées sur la figure ci-dessus par les 2 lignes verticales de couleur rouge. Celle de gauche étant la bande à 2.4 GHz et celle de droite la bande à 5 GHz.

5 Figure 1 A noter que fréquence [Hz] x longueur d onde [m] = [m/s] (vitesse de la lumière). 3.2 La réglementation Ces bandes de fréquences font partie de ce que l on appelle les bandes ISM (ISM Bands, ISM = Industrial, Medical et Scientific en langue anglaise). Elles ont réservées à l origine à des tests temporaires et ne requièrent pour leur usage aucun droit de licence d exploitation. Cette réglementation spécifique a aussi contribué à la propagation de cette technologie Wi-Fi. L utilisateur, individu ou organisation, achète sur le marché libre sa borne radio (ou point d accès) et ses stations mobiles et le tour est jouée. Il est à noter qu en plus du Wi-Fi, d autres services radio utilisent également ces bandes ISM. Citons, pour exemple, la technologie Bluetooth. Une mauvaise qualité de service pour des raisons d encombrement de ces bandes ISM ne donne aucun droit de recours à l instance de régulation qu est l'ofcom pour la Suisse. Tout au plus on pourrait dénoncer un dépassement de la puissance autorisée. 4. Effets sur le corps humain Identifier les effets du Wi-Fi sur le corps humain revient à identifier les effets du spectre électromagnétique sur le corps humain. Ces effets sont la conjugaison de 2 éléments: - d une part, les caractéristiques propres du spectre électromagnétique et - d autre part, le comportement des individus dans ces environnements sous rayonnement.

6 Il est bien entendu que dans la présente analyse on ne traite pas du bon ou nonfonctionnement de la prothèse cardiaque ou auditive en milieu électromagnétique; elle ne concerne que les effets de l électromagnétisme sur le corps humain. C est la CEM (Compatibilité ElectroMagnétique) qui garantit le bon fonctionnement (ou la noninterférence) entre les différents équipements électroniques lorsqu ils existent et fonctionnent en même temps dans un même espace donné. 4.1 Les effets dus au spectre électromagnétique Les propriétés des rayonnements électromagnétiques sont: - la fréquence de rayonnement, - la puissance rayonnée et - le genre de rayonnement ionisant ou non-ionisant, c est-à-dire d une longueur d onde inférieure ou supérieure à 1 µm. La figure 3 ci-dessus montre encore une fois ce spectre et précise la limite entre les parties ionisantes et non-ionisantes de ce dernier. Cette limite se trouve vers les longueurs d onde micrométriques (à partir d un µm). Les particularités des ondes ionisantes consistent en leur propriété à modifier la structure de la matière qu ils traversent (par une interaction photonique). Les fréquences du Wi-Fi sont, comme le montrent les bandes verticales rouges sur la figure, bien en-deçà de ces limites d énergie ionisante. Figure Les effets dus au comportement Aux caractéristiques propres de l onde électromagnétique elle-même s ajoutent le comportement des individus.

7 Par cela on entend: - la durée d exposition au rayonnement, - la proximité de la source de rayonnement, - la charge du réseau Wi-Fi (transfert de données ou non) et - les sensibilités individuelles. Les éléments cités ci-dessus ne dépendent pas directement du spectre en lui-même, mais ont une incidence sur ses effets sur le corps humain. Si les sensibilités individuelles restent difficilement quantifiables et posent le problème majeur, les durées d exposition prolongées, dans le cas établi où les ondes ont un effet sur le corps humain, restent un critère certain. 4.3 La proximité des installations rayonnantes La distance entre un utilisateur et l équipement rayonnant est aussi un facteur très déterminant. Sachant que la puissance émise par l antenne de l équipement rayonnant dans une direction donnée se trouve divisée par presque un facteur 6 sur le premier mètre, leur rôle de la proximité par rapport à la source est tout démontré. L atténuation de puissance est donnée par la formule: α[db] = *log (fréquence [MHz]) + 20*log (distance[km]). Dans laquelle α exprime cette atténuation en db (Décibel) en fonction de la fréquence de rayonnement et la distance par rapport à la source. La puissance permise de 100 mw pour le Wi-Fi est distribuée uniformément sur tout l espace et dans toutes les directions théoriquement. C est-à-dire selon une sphère. Ceci veut dire que dans une direction donnée, par exemple en direction de l utilisateur, cette puissance est bien plus petite que la puissance totale permise par leur législateur. Toujours par rapport à l usage du GSM, l usage du Wi-Fi est complètement différent. Il ne s utilise pas collé contre l oreille de l utilisateur pendant la communication de données, mais à une distance moyenne d environ 60 cm. 4.4 La mesure des effets électromagnétiques Si nous pouvons mesurer les quelques dixièmes de degrés d élévation de la température dans la partie du corps humain soumise aux rayonnements, il reste néanmoins très difficile d en préciser les conséquences sur ce corps humain. Le rayonnement thermique solaire peut tout aussi bien nous réchauffer, mais est-il dangereux pour autant? Nous assistons donc, dans les différentes activités d investigation à une démarche double: une démarche qualitative et une démarche quantitative. On peut bien arriver à la conclusion qu un champ électromagnétique pourrait être nuisible pour la nature humaine vu qu à de très grandes intensités (sans commune mesure avec notre usage de tous les jours, bien sûr) il occasionne des dommages certains. Quant à savoir à partir de quelle valeur ou seuil précis se manifestent ces dommages, cela n est pas toujours aisé. Les organisations actives dans le domaine de la protection des individus contre les rayonnements se sont mises d accord sur un certain nombre de paramètres mesurables (ou quantifiables) pour aider les consommateurs et les fournisseurs à aller de l avant et ouvrir le marché. Ils ont définis certains seuils ou limites autorisées.

8 5. Les limites autorisées Pour répondre à ce besoin de seuils précis, un certain nombre de critères sont définis et ils peuvent avoir un rôle obligatoire ou indicatif. Les valeurs indiquées ci-dessous sont celles en vigueur en Suisse (Ordonnance : Ordonnance sur la protection contre le rayonnement non ionisant - ORNI) et elles correspondent à celles définies en Europe. Il est à noter que bon nombre d organisations se sont mise à l œuvre pour définir ces limites autorisées et leur système de mesure. Citons l UIT (Union Internationale des Télécommunications - avec sa série de norme K (UIT-T K.52) et la CIPR-NI (Commission Internationale de Protection contre les Rayonnements Non Ionisants - Parmi les valeurs caractéristiques de cet environnement électromagnétique et qui affectent le corps humain, nous pouvons citer les éléments suivants: 5.1 Le champ électrique Les limites définies sont fonction de la fréquence du champ électrique. Ceci veut dire que cette limite dépend de la fréquence de travail et dans le cas qui nous intéresse (2.4 GHz), la valeur admise est de 61 V/m (Volt par mètre). 5.2 Le champ magnétique Ces limites pour le champ magnétique sont aussi fonction de la fréquence du champ et pour notre cas elles sont définies à 0.16 A/m (Ampère par mètre). 5.3 L immission Cette grandeur définit la puissance en Watt par kilogramme de masse corporelle que l organisme humain peut supporter sans dommage. En Suisse cette valeur est fixée à 2.0 W/kg. Elle ne consiste qu à limiter l échauffement sur l organisme humain. 5.4 Le débit d absorption spécifique Le débit d absorption spécifique est aussi appelé taux d absorption spécifique (DAS ou TAS, SAR en anglais). Cet indice est une valeur indicative fournie par le constructeur de l équipement et qui qualifie ce dernier quant à cette immission. Les valeurs courantes sont bien en-deçà de cette valeur limite et des mécanismes internes à l équipement maintiennent cette valeur à un niveau encore plus bas que celui indiqué par le fabricant. La fonctionnalité RSSI (Received Signal Strength Indicator) pilote le signal reçu de la base et limite sa puissance d émission au niveau le plus bas et qui permet encore un fonctionnement correct. 6. Fonctionnement du Wi-Fi Le principe de fonctionnement du Wi-Fi est en fait exactement décrit dans la norme IEEE b. IEEE-SA, dans ses efforts de normalisation des méthodes d accès partagé au medium de transport physique, a défini, entre autres, cette norme IEEE b. IEEE-SA a aussi publié la norme IEEE g qui garde les mêmes caractéristiques que la norme IEEE b et offre un meilleur débit grâce à une modulation différente appelée OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex). Ce débit maximum correspond à 54 Mbps au

9 lieu des 11 Mbps pour la norme IEEE b. le Wi-Fi utilise la bande de frèquence juste en dessus de l UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Cette série de normes se limite à la seule spécification des couches 1 et 2 du modèle OSI (Open Systems Interconnection), c est-à-dire les couches physique et liaison de données. Disons qu elles spécifient le medium air qui remplace le câble de transport physique par un support radio et qu elles n ont aucun impact sur les aspects applicatifs des couches supérieures. De manière résumée, voyons l interface radio et l usage du spectre tels que définis par la norme IEEE b. La norme définit 14 canaux espacés de 5 MHz et commençant à 2'412 MHz. Il est à noter que le dernier canal se trouve à 12 MHz du 13 ème et a été réservé pour l usage au Japon lors de l élaboration de la norme. Lors de cette élaboration Il est à préciser que tous les canaux n étaient pas disponibles (ou à usage interdit pour diverses raisons) dans tous les pays. C est encore le cas pour les canaux 12, 13 et 14 aux Etats-Unis d Amérique, à titre d exemple. La zone Europe utilise les canaux 1 à 13. L espace spectral à disposition est organisé en un certains nombre de fréquences porteuses (ou canaux) espacées de 5 MHz et avec une largeur de bande de 25 MHz. Ces canaux sont définis comme étant avec ou sans chevauchement. Les canaux dits sans chevauchement sont ceux séparés par 25 MHz de largeur de bande. Comme exemples on pourrait citer les canaux 1 et 6 ou encore 4 et points d accès réglés sur des canaux sans chevauchement fonctionnent sans aucune interférence dans un même milieu. Les canaux avec chevauchement ont leur plage de fréquence qui se superpose en partie. Comme exemples on pourrait citer les canaux 1 et 2 ou encore les canaux 1 et 3. Les figures ci-dessus illustrent cette organisation de l espace fréquentiel. Figure 3 Cette organisation spectrale permet un débit maximum de 11 Mbps (Megabit par seconde) en théorie pour la norme IEEE b. Ils existent cependant d autres débits comme 54 Mbps pour la norme IEEE g ou d autres puissances rayonnées comme 1 W pour la norme IEEE a opérant dans la bande de fréquence de 5.1 GHz ( GHz). En général les bornes Wi-Fi co-existantes sur un même espace sont configurées sur les canaux 1, 6 et 11 pour garantir un non-chevauchement et permettre un meilleur débit d information (throughput en anglais) qui peut aller jusqu à environ 6 Mbps dans le cas de la norme IEEE b.

10 La norme définit trois types de couches physiques (DSSS, FHSS et Infrarouge), mais l usage courant est plutôt le DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum ou technique d étalement de spectre par séquence directe). L objectif de la mise en œuvre des technologies Wi-Fi consiste, en autres, à couvrir un espace donné avec le maximum de débit d information pour les utilisateurs. L idée est d en mettre le plus possible de ces bornes radio (AP = Access Points) tout en minimisant leur interférences. La puissance rayonnée par les bornes radio est limitée à 100 mw en Europe (pour la région CEPT) et il est possible de régler la portée de la transmission radio en réduisant cette puissance rayonnée. Cela peut être, par exemple, le cas si on voulait limiter la couverture radio de sa borne à sa propre maison et éviter d arroser le voisinage. 7. Dans la pratique La pratique actuelle du Wi-Fi nous permet de formuler un certain nombre de déclarations quant à l usage de cette norme IEEE b. La technologie Wi-Fi génère un rayonnement nettement moindre que d autres technologies à usage courant dans la vie de tous les jours. Une étude française positionne clairement les rayonnements Wi-Fi par rapport aux autres rayonnements dans notre environnement au quotidien. Elle a été réalisée sur 200 personnes et dans des milieux différents: urbain, suburbain et rural. Ces personnes ont porté un dosimètre (appareil qui mesure et enregistre les champs magnétiques) sur une durée de 24 heures. La figure suivante montre clairement la puissance rayonnée par le Wi-Fi par rapport à celle rayonnée par d autres équipements que sont, à titre d exemples, la téléphonie mobile GSM (en orange sur le graphique) et le téléphone sans cordon DECT (en rouge). Ces derniers rayonnent beaucoup plus que le Wi-Fi, dont le rayonnement est représenté par les petits pics gris en forme de peigne dans le graphique ci-dessous. Le graphique représente la valeur moyenne des environnements et ne correspond pas à un seul et unique parmi ceux-là.

11 Figure 4

12 Ajoutons aussi que: - les stations de base (ou bornes ou point d accès encore) rayonnent des puissances plus élevées que celles rayonnées par les terminaux et - qu en moyenne les stations de base pour la téléphonie mobile (GSM ou UMTS) ont des puissances d émission d environ 120 W. Notre point d accès avec sa puissance de 0.1 W reste bien inférieur en termes de puissance rayonnée. L exploitation des points d accès ou la mise en place de réseau Wi-Fi requiert un certain nombre de précautions en rapport avec la protection des individus. Ces précautions n impliquent aucunement l existence d un danger identifié quelconque, c est une précaution d usage: - Positionner le point d accès en dehors de la portée des individus. Le placer en hauteur. - Réduire la puissance rayonnée de telle manière à couvrir le périmètre d usage et pas plus. Les 100 mw ne sont pas toujours nécessaires. Un exemple à relever est celui du Wi-Fi dans les bibliothèques parisiennes. La mise en service du Wi-Fi dans ces bibliothèques a déclenché des plaintes de la part d employés de la ville. Celle-ci a du arrêter son réseau Wi-Fi. Une année plus tard (en Octobre 2008), cette même ville a reçu l autorisation de remettre son réseau Wi-Fi en fonctionnement. Les différentes instances qui sont intervenues dans ce cas, et après mesures sur le terrain, ont montré que les niveaux de puissance mesurés sur site sont de 80 à 400 fois plus bas que le niveau de référence Wi-Fi le plus faible. Les liens suivants donnent plus de détails sur ce cas. Fermeture Wi-Fi bibliothèque parisienne en novembre-décembre Réouverture du Wi-Fi dans les bibliothèques parisienne en octobre 2008 : Parisien _a561.html 8. Conclusion De nos jours, même s il n est pas impossible que les rayonnements électromagnétiques puissent être source de désagréments, objectifs ou subjectifs, pour la nature humaine, l investigation de ces effets est toujours en cours. Des études contradictoires sont quotidiennement livrées sur la place publique pour permettre à tout un chacun de se faire une opinion. Aucune preuve n est scientifiquement établie quant au danger pour la nature humaine de l usage du Wi-Fi tel que réalisé aujourd hui. C est-à-dire avec la limitation de la puissance rayonnée à 100 mw et dans les bandes de fréquences définies. A titre d information, l élévation de quelques dixièmes de degrés dans les parties du corps humain sous champ électromagnétique est une réalité dans le cas du GSM, mais cet état de fait reste sans aucune signification quant à ses conséquences éventuelles sur le corps humain. Bien sûr, à ce jour on ne connaît pas au Wi-Fi ce phénomène d élévation de température. Nous citerions aussi les conclusions de l étude Interphone qui concerne toujours le GSM. Cette étude a été menée sous l égide la Communauté Européenne et coordonnée par l OMS (Organisation Mondiale de la Santé). Elle a montré que la technologie GSM ne présente pas de danger connus sur la base de l échantillonnage et la durée d analyse choisis. La position suisse sur cette étude se trouve en annexe à ce rapport. Encore une fois, le Wi-Fi se trouve bien en-deçà de valeurs GSM concernant les rayonnements.

13 Par comparaison, nous pouvons établir le fait que le Wi-Fi travaille à des niveaux de puissances bien plus bas que d autres technologies que sont GSM, DECT ou les fours à micro-ondes. Cette vérité démontre l existence (peut-être) d un problème de communications concernant la mise en place de nouvelles technologies telles que le Wi-Fi. 9. Annexes Comme support à la lecture approfondie de ce document, le lecteur trouvera en annexes les documents suivants: 1- IEEE b: Part 11: Wireless LAN Medium Access Control - (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications: Higher-Speed Physical Layer Extension in the 2.4 GHz Band. C est la norme IEEE b elle-même. 2- Commission internationale de protection contre les rayonnements non ionisants Guide pour l établissement de limites d exposition aux champs électriques, magnétiques et électromagnétiques 3- Evaluation de l exposition aux radiofréquences dans la population générale: une étude pilote. Mesure de champs électriques avec dosimètre. 4- Etude Interphone Commentaire suisse. 5- UIT-T-K : Lignes directrices relatives aux valeurs limites d'exposition des personnes aux champs électromagnétiques. 6- Object du mandat confié par Le secrétariat général de la Conférence Intercantonale de l'instruction Publique de la Suisse Romande et du Tessin (CIIP).