Onde radio

Une onde radioélectrique, communément abrégée en onde radio, est une onde électromagnétique dont la fréquence est inférieure à 300 GHz, soit une longueur d'onde dans le vide supérieure à 1 millimètre.

Schéma des champs électriques (E) et des champs magnétiques (H) des ondes radios émises par une antenne monopôle émettrice (petite ligne noire verticale au centre). Les champs des phases E et H sont perpendiculaires comme l'indique le diagramme dans le coin inférieur droit.

Diagramme animé d'ondes radio antenne dipôle de transmission

Définition et réglementation

Le domaine des radiocommunications est réglementé par l'Union internationale des télécommunications (UIT) qui a établi un règlement des radiocommunications dans lequel on peut lire la définition suivante :

Ondes radioélectriques ou ondes hertziennes : « ondes électromagnétiques dont la fréquence est par convention inférieure à 300 GHz, se propageant dans l'espace sans guide artificiel » ; elles sont comprises entre 9 kHz et 300 GHz qui correspond à des longueurs d'onde de 33 km à 1 mm^[1].

Les ondes de fréquence inférieure à 9 kHz sont des ondes radio, mais ne sont pas réglementées.

Les ondes de fréquence supérieure à 300 GHz sont classées dans les ondes infrarouges car la technologie associée à leur utilisation est actuellement de type optique et non électrique, cependant cette frontière est artificielle car il n'y a pas de différence de nature entre les ondes radio, les ondes lumineuses et les autres ondes électromagnétiques (exemples : micro-onde, radar, etc.).

De nombreuses réglementations concernent le partage des fréquences pour différents usages, certains usages ou encore l'exposition de travailleurs à certains champs électromagnétiques, dont via la réglementation européenne^[2].

Spectre radiofréquence

Terminologie officielle

Une onde radio est classée en fonction de sa fréquence exprimée en Hz ou cycles par seconde ; l'ensemble de ces fréquences constitue le spectre radiofréquence. Le spectre est divisé conventionnellement en bandes d'une décade, dont les appellations internationales sont normalisées. Les appellations francophones équivalentes sont parfois également utilisées dans les textes français.

Autres appellations

Pour éviter les ambiguïtés avec le vocabulaire de l'acoustique et de la sonorisation, on utilise le terme « audiofréquence » de préférence à « basse fréquence » pour désigner des ondes acoustiques (mécaniques) ou des signaux électriques (en rapport avec le son) dans la bande 30 Hz à 30 kHz.

D'autres appellations de bandes ou sous-bandes sont également utilisées en fonction des habitudes techniques :

• Les bandes des micro-ondes ou « hyperfréquences » entre 400 MHz et 30 GHz sont historiquement découpées en demi-octaves correspondant aux guide d'onde standards, appelées : bandes U, L, S, C, X, K (elle-même découpée en Ku et Ka). Cette terminologie est encore très utilisée.
• La bande comprise entre 1 605 et 3 800 kHz^[3] est souvent appelée « bande marine » et « bande chalutiers ».
• Le terme « moyenne fréquence » désignait la fréquence d'amplification fixe des récepteurs superhétérodynes : on lui préfère aujourd'hui le terme « fréquence intermédiaire » non ambigu.
• Les bandes de radiodiffusion et de télévision terrestre ont également des appellations standardisées :
  • LF : bande GO « grandes ondes »,
  • MF : bande PO « petites ondes »,
  • HF : bande OC « ondes courtes »,
  • VHF : bandes I, II, III,
  • UHF: bandes IV et V.

• Enfin, certaines bandes ont reçu l'appellation de leur usage réglementaire : ainsi, les bandes ISM sont les bandes allouées aux usages domestiques sans licence^[4].

Propagation

Comme toutes les ondes électromagnétiques, les ondes radio se propagent dans l'espace vide à la vitesse de la lumière et avec une atténuation proportionnelle au carré de la distance parcourue selon l'équation des télécommunications.

Dans l'atmosphère, elles subissent des atténuations liées aux précipitations, et peuvent être réfléchies ou guidées par la partie de la haute atmosphère appelée ionosphère.

Elles sont atténuées ou déviées par les obstacles, selon leur longueur d'onde, la nature du matériau, sa forme et sa dimension. Pour simplifier, un matériau conducteur aura un effet de réflexion, alors qu'un matériau diélectrique produira une déviation, et l'effet est lié au rapport entre la dimension de l'objet et la longueur d'onde.

Utilisation

Diagramme d'atténuation de l'atmosphère selon la longueur d'onde. Les ondes radio de courte et moyenne longueur d'onde ne sont pas atténuées (zone bleue à droite du schéma), tandis que les ondes radio de longue longueur d'onde sont absorbées (zone marron à l'extrémité droite du schéma).

Chaque fréquence radioélectrique subit différemment les divers effets de propagation, ce qui explique leur choix selon l'application. Ainsi, par exemple, l'atmosphère terrestre bloque les émissions vers l'espace hors de certaines bandes, qui sont donc privilégiées pour la radioastronomie et les satellites. Certaines fréquences sont absorbées par les molécules d'eau, donc utilisées pour les fours à micro-ondes, d'autres sont au contraire réfléchies par les précipitations et utilisées pour les radars météo, etc.

L'autre critère clé est la bande passante utilisable et l'encombrement du spectre par les multiples applications et services : toute application demande une bande passante, qui doit lui être affectée sous peine de brouillage mutuel. Par exemple la télévision ne peut utiliser que des fréquences élevées VHF ou UHF.

Enfin la technologie disponible permet progressivement d'utiliser des bandes de fréquence de plus en plus haute. Ainsi, par exemple les SHF et EHF n'étaient pas utilisables avant l'invention du magnétron.

Types de modulation d'une onde radio

Les ondes radio sont modulées pour porter une information (un signal), par exemple en modulation d'amplitude pour la radio AM, en modulation de fréquence pour la radio FM, en modulation de phase dans d'autres applications ou en modulation d'impulsion pour les radars. D'autres types de modulation existent, combinant une modulation de phase et une modulation d'amplitude par exemple. C'est le cas des modulations type QAM (Quadrature Amplitude Modulation) dont les symboles sont caractérisés par une phase et une amplitude spécifique. Ces modulations QAM permettent d'augmenter le débit de transmission, en diminuant la taille du message à transmettre puisqu'on peut coder plus de bits par symbole. Par contre, ces modulations sont plus sensibles aux interférences et aux déformations de signal dues à la propagation dans le canal.

Gestion et attribution des fréquences radioélectriques

La demande en bande passante pour les télécommunications ou les radars, ainsi que la protection de fréquences de radioastronomie fait du spectre radioélectrique une ressource rare qui doit être réglementée mondialement.

L'attribution des radiofréquences s'effectue dans le cadre d'organismes internationaux, en particulier la Conférence mondiale des radiocommunications (CMR) et l'Union internationale des télécommunications (UIT).

Usage du terme « onde hertzienne »

S'agissant des ondes radioélectriques, le terme « ondes hertziennes » en est un synonyme. Selon la définition de l'UIT, le terme « hertzien^[5] » ne couvre que les signaux transmis par rayonnement — il s'agit là du rayonnement électromagnétique — c'est-à-dire sans support matériel^[6], par exemple aussi bien la télévision terrestre que par satellite et tous les autres modes de transmission sans fil dans le spectre de fréquence de ces ondes^[7],[8].

Risques sanitaires liés aux ondes radioélectriques

Les dangers encourus en présence de champs radioélectriques intenses ont été très tôt soulevés en particulier à l’apparition des fours à micro-ondes dans les foyers, pour les personnes habitant à proximité des émetteurs militaires de très forte puissance ou pour le personnel travaillant près des radars. Plus récemment, le danger éventuellement lié aux téléphones portables a amené à définir une mesure normalisée de rayonnement (Débit d'absorption spécifique ou DAS), mais les effets sanitaires ne font pas l’unanimité des scientifiques.

Mythe ou réalité ?

Un débat existe sur la nature plus ou moins nocive (pour la santé et/ou l'environnement) de certaines fréquences ou de pollution que l'on nomme parfois le smog électromagnétique. Des études portent notamment sur les antennes-relais, la radiotéléphonie, certains usages des micro-ondes et d'autres sources d'exposition aux ondes radio, afin de préciser certaines normes et règlements ou mieux intégrer l'application du principe de précaution.
En France, les 16 experts (en métrologie, dosimétrie des champs électromagnétiques, épidémiologie, médecine, biologie et sciences humaines et sociales) réunis en 2012-2013 par l'Anses pour produire une mise à jour de son « état des lieux » de 2009 ont provisoirement conclu^[9] dans un rapport^[10] de 461 pages réalisé d'après une revue de la littérature des 3 dernières années (soit environ 300 études publiées d'avril 2009 à fin décembre 2012) qu'il existe des indices (association statistique) d'une nocivité de certaines expositions cumulées à des radiofréquences de notre environnement, mais à ce jour sans preuves ni compréhension de « liens de cause à effet »^[9]. Il n'existe pas preuves d’innocuité ni de nocivité, faute d’études approfondies disponibles^[9]. En particulier, « l’impact potentiel des protocoles de communication mis en œuvre (2G, 3G, 4G) apparaît faiblement documenté » note l'ANSES (2013)^[9].
Un autre débat est celui d'une sensibilité variant selon les individus ou leur état de santé, avec d'éventuels cas d'hypersensibilité ; À la demande de l'Anses, le groupe de travail d’experts « radiofréquences et santé », va entamer un travail à ce sujet fin 2013^[9] en vue d'un rapport argumenté.
En attendant des études scientifiques plus solides ou complètes (sur les sources autres que GSM ou UMTS), l'ANSES préconise^[11], dont par exemple l’utilisation du « kit main libre » ; et la généralisation d'un affichage du « niveau d’exposition maximal engendré » sur tous les dispositifs courants émetteurs de champs électromagnétiques utilisés près du corps (ex : téléphones DECT, tablettes tactiles, veille-bébé, etc.)^[9]; ce qui est déjà obligatoire pour les téléphones mobiles.

L'Académie nationale de médecine considère^[12] ces recommandations superflues, contestant le sérieux des sources scientifiques utilisées, en se référant notamment^[13] à un rapport de l'AFSSET. De plus, de telles approches pourraient inciter à prendre des mesures de précaution^[14]. L'information du public constitue un enjeu problématique dans la mesure où diverses conséquences sanitaires potentielles des radiofréquences sont évoquées dans la littérature et les médias, exposant de façon chronique les populations à des informations potentiellement préoccupantes^[15].

La fédération française des télécommunications (devenue Fédération Française des Télécoms, membre du MEDEF) fait partie des interlocuteurs interrogés par l'ANSES, qui a aussi mis en place un Comité de dialogue « Radiofréquences et santé » ; « lieu d'échanges, de réflexion et d’information sur les questions scientifiques relatives aux effets potentiels sur la santé des radiofréquences et à leur évaluation. Sa mise en place en juin 2011 s’inscrit dans le prolongement de l’expérience acquise dans le cadre de la Fondation « Santé et Radiofréquences ». Il réunit des représentants d’associations et de syndicats, des opérateurs de téléphonie mobile et des radiodiffuseurs, des institutions, des collectivités territoriales et des élus dans un souci d’équilibre des groupes d’intérêts »^[10] .

Mesure du spectre radioélectrique

Les mesures professionnelles sur les ondes électromagnétiques nécessitent une antenne étalonnée adaptée aux fréquences à mesurer, suivie d’un appareil de mesure électronique de type :

• analyseur de spectre pour la mesure des amplitudes et fréquences de diverses composantes d’une bande ;
• analyseur de champ électromagnétique (ou mesureur de champ) pour les mesures d’intensité de champ ou de compatibilité électromagnétique.

L’analyse en amateur des bandes courantes LF à UHF peut s’effectuer avec un récepteur étalonné (scanner). L’analyse dans les bandes basses VLF à ELF s’effectue en général avec des logiciels FFT après numérisation directe dans un ordinateur individuel.

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes

• Onde
• Propagation des ondes radio
• Propagation des ondes
• Radioastronomie
• Tour hertzienne de Meudon
• Réseau iso-fréquence
• Service de prévision ionosphérique
• Spectre électromagnétique

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