FICHE 01 TECHNOLOGIE

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1 Ministère de la santé et des sports Secrétariat d Etat chargé de l écologie Secrétariat d Etat chargé de la prospective et du développement de l économie numérique FICHE 01 TECHNOLOGIE 1. Téléphones mobiles et autres terminaux radioélectriques Le marché de la téléphonie mobile est en forte évolution au niveau mondial depuis le début des années 90. Fin 2008, la France comptait 56,7 millions d utilisateurs actifs, soit un taux de pénétration de la population de 89,1 %. Les réseaux de téléphonie mobile sont standardisés selon différents systèmes en fonction des régions et des pays. En France, les 3 systèmes actuels sont le GSM 900 (fréquence porteuse entre 872 et 960 MHz), le GSM 1800 (fréquence porteuse de à MHz) et le système UMTS (3G), qui utilise une bande de fréquence située autour de MHz 1. Certains téléphones mobiles permettent de se connecter sur les trois réseaux au choix (tribandes). Le téléphone convertit la voix en un signal électrique émis sous forme d ondes de radiofréquences qui se propagent par l intermédiaire de l antenne du téléphone jusqu à une antenne-relais. Le signal est ensuite transmis par le réseau (filaire, hertzien, satellite ) jusqu au correspondant. 1 Le système UMTS (universal mobile telecommunications system) représente la troisième génération de la téléphonie mobile européenne (3G). L UMTS permet des débits de transmission de données beaucoup plus élevés qu avec le GSM. Cette plus grande vitesse de transmission permet de nouvelles applications, en particulier un transfert rapide des images, sons et vidéos. Les nouveaux services concernent essentiellement la vidéo : visiophonie, MMS vidéo, vidéo à la demande et télévision.

2 En veille, le téléphone mobile émet régulièrement à raison d environ une impulsion par heure vers l antenne-relais, pour garder le contact. Les conditions et les niveaux d exposition sont très différents en ce qui concerne les téléphones mobiles et les antennes-relais de téléphonie mobile. Pour les téléphones, l exposition est généralement de courte durée, de la tête seule en «champ proche» et à niveau relativement élevé. Pour les antennes-relais, l exposition est permanente, en «champ lointain», à très faible niveau. La puissance d émission d un téléphone mobile est nettement inférieure à celle d une antenne-relais. Cependant le téléphone n étant qu à quelques millimètres de l oreille, la puissance absorbée par l organisme lors d une conversation est beaucoup plus importante que celle due à une antenne-relais, même la plus puissante. La conception et le mode de fonctionnement différents du GSM et de l UMTS ont une influence sur les niveaux d exposition vis-à-vis du terminal, principalement du fait d une gestion différente du contrôle de puissance et du handover (changement de cellule ou d antenne-relais). Téléphones mobiles GSM Dans la technologie GSM, chaque canal de fréquence de 200 khz est partagé par huit utilisateurs au maximum. Les téléphones mobiles d'un même canal bénéficient chacun d'un huitième du temps de transmission et n émettent donc que 1/8 du temps. La conséquence est que le téléphone mobile GSM d un utilisateur émet de manière discontinue un signal d une fréquence voisine de 900 MHz ou MHz, avec une durée d émission de 577 microsecondes suivie de sept périodes de même durée sans émission, puis émission d un nouveau signal de 577 microsecondes, etc. La puissance d émission des téléphones mobiles GSM est limitée au maximum à 2 W (250 mw en moyenne) pour le GSM 900, 1W (125 mw en moyenne) pour le GSM Plusieurs paramètres essentiels agissent sur la puissance d émission des téléphones mobiles. Cette puissance d émission est inversement proportionnelle à la qualité de la communication (250 mw au maximum à plusieurs km de l antenne, 10 mw ou moins à proximité). Lors de la connexion de l utilisateur du mobile avec son correspondant, la puissance émise est au maximum, ce qui permet d avoir une communication immédiate optimale, puis le contrôle de puissance la réduit par paliers en quelques secondes, jusqu à se stabiliser au niveau minimum compatible avec une bonne qualité de la communication. Le déplacement de l utilisateur provoque la prise de relais successifs par plusieurs antennes-relais (handover), chacune obligeant le téléphone à émettre ponctuellement avec une puissance maximum qui diminue par la suite. C est donc lors de l utilisation d un téléphone mobile en situation de déplacement que l exposition moyenne aux champs électromagnétique de radiofréquences est plus élevée ou bien lors d une conversation dans un lieu de mauvaise réception qui astreint le téléphone mobile à rester à des niveaux de puissance élevés. Un exemple de la puissance émise par le mobile lors d un appel d une personne marchant dans Paris est donné ci-dessous. 2

3 Puissance émise par un téléphone mobile GSM en fonction du temps sur un trajet dans Paris Plus un réseau sera densifié (micro et pico-cellules), plus la probabilité de handover est importante, et donc plus la puissance moyenne d émission durant une communication téléphonique augmentera. Téléphones mobiles UMTS Dans la technologie UMTS, chaque canal de 5 MHz est utilisé par plusieurs utilisateurs. Les signaux utilisant le même canal sont séparés au moyen d'un code. Le téléphone émet alors en continu pendant la communication, contrairement au GSM. La capacité de transmission d'une cellule UMTS est optimisée en s assurant que le niveau de réception des terminaux au niveau de l antenne-relais est la plus basse possible, c'est-à-dire que le réseau ajuste la puissance d'émission des téléphones mobiles au minimum nécessaire. Ceci explique que le contrôle de la puissance du terminal soit beaucoup plus «fin» que dans le cas du GSM. La puissance maximale d émission du mobile UMTS est de 250 mw (24 dbm). La régulation de la puissance commence avant la communication et un contrôle de puissance permet des variations très rapides, jusqu à 1500 fois par seconde 2. Gestion du handover : le téléphone mobile peut être connecté simultanément à plusieurs stations de base et n'a pas à se «déconnecter / reconnecter» en changeant de cellule. Lorsque le mobile arrive dans la zone de couverture d une nouvelle antenne-relais, le réseau est capable de combiner les signaux reçus par les deux antennes-relais («soft handover») et la puissance du terminal ne passe donc pas par un pic. Téléphones DECT Les téléphones sans fils ou téléphones DECT fonctionnent avec des ondes radio, comme les téléphones mobiles. Pour un téléphone DECT, une liaison sans fil est réalisée entre le combiné et la station de base DECT qui est raccordée au réseau téléphonique et qui permet de 2 Rapport Afsset,

4 mettre en charge le combiné. Le combiné émet seulement pendant les appels alors que la station de base DECT émet en permanence. Toutefois, les signaux émis sont faibles (cf. tableau ci-dessous). Babyphones sans fil La plupart des babyphones fonctionnent avec des ondes radio. Ils sont constitués d un appareil pour le bébé et d un ou plusieurs appareils pour les parents. L appareil du bébé est l émetteur et celui des parents le récepteur. Toutefois, dans certains cas, les deux appareils peuvent servir d émetteurs. La majorité des systèmes ne fonctionnent pas en continu, mais seulement après l activation de l émetteur par la voix du bébé. Les babyphones sans fil avec une fonction vidéo émettent, quant à eux, un signal continu. Les signaux émis par les babyphones sans fil sont très faibles (cf. tableau ci-dessous) et bien inférieurs à ceux émis par les téléphones mobiles. Ordinateur portable Wi-Fi Un ordinateur portable avec une carte Wi-Fi ou un adaptateur Wi-Fi permet de naviguer sur Internet sans câble de connexion au réseau. L ordinateur portable est alors connecté par liaison radio à une borne Wi-Fi équipée d une ou plusieurs antennes. Tant l ordinateur portable que la borne Wi-Fi émettent des ondes radio pour échanger des données. Les puissances d émission sont très faibles et l exposition est donc très limitée (cf. tableau cidessous). Tableau de synthèse Application Puissance max Exposition (DAS) Téléphone mobile 2 W < 2 W/kg Talkie-Walkie 0,5 W << 2 W/kg Téléphone sans-fil DECT 0,25 W < 0.1 W/kg RFID Entre 0,01 W et 2 W << 2 W/kg Wi-Fi 0,1 W < 0.2 W/kg Interphone Bébé 0,01 W < 0.1 W/kg Bluetooth Entre 0,001 et W < 0.01 W/kg 4

5 2. Antennes-relais de téléphonie mobile et autres stations radioélectriques Dans la technologie GSM, les antennes relais émettent un rayonnement complexe sur plusieurs fréquences voisines de 900 MHz ou MHz, correspondant au transit de signaux de contrôle et de plusieurs dizaines de communications, ce qui ne conduit pas à un hachage permanent et régulier dans le temps comme dans le cas du téléphone portable, puisque des communications téléphoniques différentes se succèdent en permanence sur chaque canal ouvert à huit utilisateurs. La technologie UMTS repose sur un partage par plusieurs utilisateurs d une même fréquence au même moment sur la base d un codage du signal. Puissance Les antennes-relais de téléphonie mobile émettent de façon continue avec une puissance pouvant aller de quelques watts à une trentaine de watts selon la taille de la cellule qu elles desservent (ou zone de couverture). Il existe des antennes panneau, directionnelles et des antennes fouet, omnidirectionnelles. Les antennes sont classées en macro-, micro- et pico-cellules selon leur puissance 3 : Taille de la cellule Puissance de l antenne Portée de l antenne Macro-cellule P > 2 W de 500 m à plusieurs km (milieu rural) Micro-cellule 1 W < P 2 W 100 m à 500 m (milieu urbain) Pico-cellule P 1 W moins de 100 m (bâtiments) Les sites macrocellulaires se trouvent au-dessus du niveau des toits en milieu urbain et sur des pylônes de l ordre de 35 mètres de hauteur en milieu rural. Les sites microcellulaires se trouvent au-dessous du niveau des toits en milieu urbain et à une hauteur de l ordre de 8 et 20 mètres par rapport au sol 4. Niveau de champ électrique Le niveau de champ électrique mesuré dans l environnement dépend de plusieurs facteurs : La position du point de mesure par rapport aux faisceaux rayonnés par l antenne : par exemple, à une distance de 10 mètres d une antenne-relai située à 30 mètres de hauteur, le niveau de champ en un point proche du sol peut être près de 100 fois inférieur à un point situé plus loin dans l axe de l antenne. Le champ électrique décroît en raison inverse de la distance : le niveau de champ à une distance de 10 mètres est 10 fois inférieur au niveau de champ à une distance d un mètre de l antenne. Le champ électrique varie comme la racine carrée de la puissance de l antenne : le champ est divisé par 10 quand la puissance est divisée par Guide technique Modélisation des sites radioélectriques et des périmètres de sécurité pour le public - ANFR 4 Fiche Téléphones mobiles et stations de base INRS,

6 Rayonnements extrêmement basses fréquences (ELF) et téléphonie mobile Les antennes elles-mêmes n émettent pas de champs électromagnétiques basse fréquence. Les alimentations des antennes-relais, GSM ou UMTS, comme tous les équipements électriques, qu ils soient domestiques ou industriels, produisent des champs électromagnétiques, notamment avec une composante à 50 Hz, c est pou cela qu elles sont normalement protégées (blindées) : on est là dans le domaine général de la compatibilité électromagnétique, qui n est aucunement spécifique des équipements hertziens. Les antennes des émetteurs radioélectriques sont conçues pour émettre pour la radiodiffusion (FM et TV) autour de quelques centaines de MHz et pour la téléphonie mobile autour de quelques centaines à quelques milliers de MHz (900 MHz, MHz, MHz). Elles ne sont pas conçues pour émettre des rayonnements extrêmement basse fréquence (quelques dizaines de Hz). Le fonctionnement discontinu du téléphone mobile GSM conduit l alimentation de ce téléphone GSM à produire, lorsqu il est en émission, un champ ELF de très faible niveau à la fréquence de cette discontinuité, c est-à-dire à 217 Hz. Antennes radio, TV, Wi-Fi, WiMAX Les antennes radio FM (autour de 100 MHz) et de télévision (470 à 862 MHz) fonctionnent à des fréquences proches de celles de la téléphonie mobile. Par contre, les puissances émises par ces antennes ne sont pas du même ordre de grandeur : la puissance d une antenne radio ou TV est de 1000 W à plusieurs dizaines de kilowatts, ce qui permet d obtenir une zone de couverture beaucoup plus grande. Le Wi-Fi est un réseau informatique sans fil de faible portée (quelques dizaines de mètres) permettant un accès à haut débit à Internet et fonctionnant à une fréquence de 2450 MHz ou 5000 MHz. La puissance d émission d une borne Wi-Fi est très faible : 1 watt maximum, en général 100 mw. Les antennes WiMAX fonctionnent à des fréquences de 3400 à 3800 MHz. Le WiMAX a pour objet de permettre une connexion Internet à haut débit sur une zone de couverture de plusieurs kilomètres de rayon. La puissance d une antenne WiMAX peut atteindre 30 W 6

7 environ. Le WiMAX sert notamment à couvrir les zones non desservies par les technologies filaires classiques (ADSL, câble). Tableau de synthèse Application Puissance max Exposition (V/m) Emetteur Radio AM W Extrêmement forte à 5 m Emetteur télévision Jusqu à W Très forte à 5 m Emetteur radio FM Jusqu à W Très forte à 5 m Télévision mobile personnelle Jusqu à W Forte à 5 m Antennes téléphonie Faible (à 5 m : < Jusqu à 30 W mobile 10 V/m) WiMax Jusqu à 30 W Faible (à 5 m : E < 10 V/m) Wi-Fi Jusqu à 1 W Très faible (à 5 m : E < 0.1 V/m) 7

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