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ENSAPM – Département Transitions Séminaire sur l’éco conception

MAÎTRISE DES ONDES RADIO DANS L’ARCHITECTUREJessica GÉRARD

École Nationale Supérieure d’Architecture Malaquais PARIS FRANCE

[email protected]

ABSTRACT

The control of the electromagnetic waves in the architecture, through materials whose can decrease the den-sity of the wave spread. Also understand and know which technology must be filter or not.

RESUME La maîtrise et le contrôle des ondes radio dans le bâtiment à travers des matériaux ayant un taux d’atténua-tion des ondes électromagnétiques. Ainsi que comprendre et cibler les technologies à filtrer ou non.

Mots clés : Ondes radio, béton lourd, cage de Faraday, atténuation de champs HF, filtres métalliques, com-munication, santé, performance, sécurité. Tissus métallisés.

1. INTRODUCTION

Dans l’architecture il faut prendre en compte de nouveaux facteurs tels que les ondes électromagné-tiques. Du point de vue de la santé, la performance, et le confort des usagers, il est nécessaire de maîtriser leurs propagations. Cette nouvelle problématique est à prendre en compte dans l’univers de l’architecture et des normes qui en découlent, car aujourd’hui ce point n’est travaillé que dans le milieu militaire et des hôpitaux. C’est ainsi qu’il faut prévoir de gérer les ondes dans le bâtiment public et privé. Il s’agit de concevoir des zones où les ondes doivent passer (les espaces professionnels, tout en assurant une sécuri-té des infos communiquées), et les zones où celles-ci doivent être réduites ou bloquées. (ex : l’habitat pri-vé).

Comment maîtriser et filtrer la propagation des ondes électromagnétique dans notre quotidien ? Pour assurer un confort sanitaire. Éviter les interfé-rences et assurer la performance des communica-tions. Et gérer la sécurité des données.

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Figure 1 : https://londonist.com/2016/07/bt-tower [1]

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1.1 Historique de la technologie des ondes ra-dio

Aujourd’hui les ondes radio nous sont indispen-sables, pour la communication entre-autre. Hors nous ne prenons pas toujours en compte le confort électromagnétique dans un bâtiment que les facteurs : la performance, santé, sécurité des données. Les normes de la DAS ne prennent en compte unique-ment que les effets thermiques des ondes radio au ni-veau de la santé. On ne peut pas mettre de côté l’effet biologique non thermique sur les tissus humain. En 2020-2022 la 5G va encore révolutionner notre façon de communiquer, les réseaux filaires seront de moins en moins utilisés au profit des réseaux 5G. Notre en-vironnement électromagnétique va en être modifié. Cette étude a pour but de prévenir des risques sani-taire, de sécurité des données communiquées et de la performance des communications dans l’architec-ture.

1.2 Une augmentation exponentielle du nombre d’appareils connectés.

L’étude de ARCEP (autorité des communications électromagnétiques et des postes) sur les ondes élec-tromagnétiques montre « une exposition aux ondes électromagnétiques nombreuses, provenant de l’en-vironnement immédiat (radio, téléphone mobile … ) ou médical (examen d’imagerie médicale par ré-sonance magnétique…) Les évolutions des techno-logies sans fil, très rapides, devraient se poursuivre dans les prochaines années, leur diffusion progres-sant aussi à grande vitesse. » [2]

D’après l’Autorité de régulation des communications électroniques et des postes en France (ARCEP), on comptait 61,9 millions de cartes SIM (téléphones mobiles et accès internet nomade en France au deu-xième trimestre 2010, soit +4,6 % sur un an.

Dans mes recherches j’ai pu rencontrer l’un des au-teurs du livre « Au coeurs des ondes : Les champs électromagnétiques en question » Monsieur Fran-çois Gaudaire (ingénieur au Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB à Grenoble) [4]. Il m’a expliqué que l’on devait différencier les émet-teurs de radiocommunication fixes fonctionnant en permanence, des émetteurs portables dont l’émission est ponctuelle et liée à un usage déterminé. Dans les émetteurs fixes ont peut y retrouver les émetteurs ra-dio et télédiffusion ou des antennes de station de base téléphonie. Pour les émetteurs portables, il convient de considérer les talkie-walkie, les téléphones por-tables, carte WIFI d’un ordinateur entre-autre.Or comme vu dans l’étude faite par l’ARCEP en 2010 on assiste à une forte augmentation de la deuxième catégorie d’émetteurs. Avec entre autre l’augmenta-tion des utilisateurs des téléphones portables, ainsi que les tablettes. Aujourd’hui tous nos accessoires du quotidiend ont tendance à être connectés (montres, casque audio, réveil, les clés de voiture, l’électroména-ger privatif dont la domotique). Cette utilisation des ondes électromagnétiques aura donc au cours de ces prochaines années tendance à augmenter dans notre environnement quotidien. Sans parler de la 5G, qui sera opérationnelle en 2022.

Figure 2: www.objetsconnectes.fr [3]

2016 2020

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1.3 Qu’est ce que le 5G ? Que va t’elle engen-drer à notre échelle ?

La 5G correspond a une autre gamme de fréquences, les ondes millimétriques qui étaient jusque là utili-sées exclusivement par les services militaires. L’avan-tage de cette bande de fréquences est le temps de latence qui est considérablement réduit, même en comparaison de la fibre optique. (inférieur la mil-li-seconde) comparé à la demi-seconde aujourd’hui. Les défauts sont que ce type d’ondes sont encore considéré instables par les scientifiques (à par cer-taines fréquences), elles ont une courte portée et les effets sur la santé n’ont pas été prouvés. (D’après l’ar-ticle de Romain Vitt [5]. Aujourd’hui la communication s’établie suivant un schéma :

Les ondes de RFID, Bluetooth (pour les ob-jets connectés). Ces ondes ont une faible portée et passent par un dispositif de Gate Way (2.4 Ghz.) Por-tée de quelques mètres. Les Wifi privés pour les maisons et bureaux, qui ont une portée d’environ 300 mètres à 10 mètres selon les normes en vigueur. Ces wifi permettent de connecter les appareils tel que les téléphones, ordina-teurs portables, tablettes… (entre 2.4 Ghz à 5 Ghz).

Viennent ensuite les Edge - 2G - 3G - 4G à l’échelle de la ville (métropole). Ces réseaux sont déployés par des antennes opérateurs (le type d’antennes, et la puissance dépendent de la norme en vigueur). Ces antennes relais ont une faible portée à l’échelle de la ville de 800 Mhz à 2600 Mhz suivant la norme du pays.

Au delà de l’échelle de la ville (métropole), aujourd’hui on passe par des réseaux de fibres optiques (figure 3) et câbles sous-marins déployés par les opérateurs mais aussi des entreprises telle que Google. Pour cette communication à échelle mondiale le temps de latence est déjà très faible (demi-seconde). Mais l’inconvénient de ces aménagements est qu’ils sont couteux et demandent de gros entretiens lorsque un câble sous-marin est endommagé. Les opérateurs et autres entreprises qui déploient la fibre sont en train de ralentir leurs installations au profit de la 5G.Il faut aussi retenir une donnée importante, les pro-pagations électromagnétiques dans un câble se font par tension électrique.

Alors que dans un milieu tel que l’air ou le vide elles se fait par un champs électrique et magnétique.Ce qui implique une augmentation des champs de ces derniers (électrique et magnétique) dans notre environnement électromagnétique actuel.Un article a été rédigé par Romain Vitt, le 22 sep-tembre 2017 pour PhoneAndroid. Il explique la 5G et : « Tout ce qu’il faut savoir sur le réseau du futur ». Il parle bien d’une promesse de débit qui dépas-sera les 10 Gbit/s, bien plus rapide que la technolo-gie fibre que l’on connait. Les premiers smartphones 5G sont prévus en 2019. L’article fait allusion à un « projet global » qui prendrait en compte tout les nou-veaux objets connectés, ainsi que la domotique (les nouveaux systèmes de contrôle centralisé « Google Home » ou « ECHO » d’Amazone). Les nouvelles licences permettront de faire de la 5G le réseau qui permettra à tous les appareils d’être connectés et de communiquer, grâce au débit important dont est ca-pable la 5G. Les concepteurs de voiture veulent en équiper les nouveaux modèles. (Afin d’assurer une sécurité de freinage par exemple). L’efficacité doit aussi économiser les batteries de nos téléphones qui au lieu de se décharger en 1 journée pourraient tenir jusqu’à 5 jours. La technologie de la 5G repose sur les ondes millimétriques (soit les hautes fréquences). Ces dernières sont issues des technologies militaires. Ces ondes ont été recommandées la FCC (Com-mission fédérale américaine en charge des commu-nications). D’un point de vue scientifique les ondes millimétriques présentent deux défauts majeurs : certaines sont considérées instables et leur portée est courte, mais surtout on ne connait pas leurs effets sur la santé. L’article ne parle pas d’une 5 G mais de plusieurs. Ce ce réseau futur reposerait sur un principe de conver-gence. Car comme vu dans la partie 1.2 de cet article au sujet de l’augmentation exponentielle du nombre d’appareils connectés, le trafic des ondes va être mul-tiplié par 1000 en dix ans.

Figure 3: http://www.guide-pc.fr/fibre-optique-dans-le-monde-on-vous-dit-tout.html [6]

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Tous les appareils n’auront pas besoin d’autant de ressources. Les technologies telles que la domotique et l’intelligence artificielle vont se développer et ces technologies n’auront pas besoin d’autant de rapidi-té et de stabilité de communication que celles dont les voitures vont être équipées. Une défaillance de la 5G dû à une perte de réseaux et aux interférences pourrait causer des accidents très graves. Et au vu des millions d’objets connectés concentrés en une même zone, dans les grandes villes les interférences peuvent vite survenir.

Plusieurs dispositifs sont aujourd’hui envisagés pour répondre à cette augmentation et éviter la défaillance avec la technologie de la 5 G. Le Small Cells. « Le fonctionnement est simple : une grosse antenne 5G éloignée des centres urbains distribue un signal à plusieurs antennes plus petites situées en plein centre ville. Ces mini antennes s’intègrent au mobilier ur-bain : lampadaire, poubelles, arrêt de bus, bancs, plan de métro...etc.Cela permettra de diffuser plus effica-cement le très haut débit vers les utilisateurs selon leur situation géographique.

On évite ainsi la surcharge. » [7]. L’autre aspect de la 5G est qu’elle va mettre fin au réseau neutre. C’est à dire qu’il y aura un système de priorité en fonction des applications, grâce à plusieurs 5G. De ce fait chaque application devra utiliser les fréquences et protocoles radios les plus adaptées.

Les voitures vont pouvoir communiquer entres elles de façon autonomes grâce au débits dont est capable la 5G. Soit une moyenne de 1 Gbit/s pour le donwload et 500Mbit/s pour l’upload. Ainsi les GPS seront plus précis grâce à la triangulation de la technologie 5G. Cela va donner une position avec une marge d’erreur de moins d’un mètre (environ 30 centimètres). Pour conclure cette partie les nouvelles technologies de communication mises en place, vont nous mener à une augmentation des ondes radio dans notre envi-ronnement toutes fréquences confondues, comme vu dans la partie (augmentation des objets connectés) (Voir tableau 1). C’est entre-autre cette augmentation qu’il faut prévoir dans la conception ou la rénovation d’un bâtiment.

Type d’onde :

RFID

Bluetooth

objets connectés

MaisonsBureauxWiFi privé

Ville Métropole

Antenne Opérateur : (Relai) GSM voix.Types d’ondes émises : Edge-2G-3G-4GRelai Faible Porté (échelle de la Ville)

Cables Soumarins(Fibre Optique)Haut débit Faible latence

Communication satellite Data limité Latence Longue (800mm/seconde) TV

2020-2022 (5G)Réseaux de satellites stationnaires Mise en place : Faible Latence (40 mm/seconde)Haut Débit Data celulaire

Figure 4: présentation schématique des différents systèmes de radio communications.

Figure 4: Diagramme spectre électromagnétique.[8]

Tableau 1: tableau des différentes types d’onde

Figure 6: diagramme des capacités du réseaux 5G [9]

2. POLLUTION ELECTROMAGNETIQUE

La pollution électromagnétique est communément appelée « l’électro-smog ». Cette dernière à plusieurs facteurs qui rentrent en jeux : le niveau du champ élec-tromagnétique, la fréquence, la durée d’exposition, et le type de modulation. Ce qu’il faut comprendre c’est que lorsqu’un appareil émet il faut mesurer les poten-tielles perturbations vers son environnement

UMTS

GSM 900 Mhz voix, téléphonie

électromagnétique que ce dernier engendre.

La pollution électromagnétique comprend les émis-sions proches et lointaines, volontaires et subies. « Les configurations d’exposition en champs lointains concernent plus généralement l’exposition publique aux émetteurs fixes que sont les stations de base de téléphonie mobile, les émetteurs de radiodiffusion, les bornes d’accès WIFI. Cette configuration corres-pond à une exposition que l’on peut parfois quali-fier de « subie », lorsque la personne n’utilise pas le service associé à l’émetteur ». [10]. On a aussi à faire aux émissions « involontaires » elles sont considé-rées ainsi lorsqu’un appareil émet en dehors de sa bande de fréquences autorisées par les normes mises en vigueur dans le pays. (Normes Européennes et Françaises). En France les réglementations sur l’éva-luation, la surveillance et le contrôle des ondes sont faites par : CssPpce, ARCEP, ANFR, CCR, CCRST. [8] Pour résumer sur les champs lointainson dis-tingue deux zones de rayonnement distincts autour

5

d’un émetteur radioélectrique selon les lois de la pro-pagation des ondes électomagnétiques. [11]

La pollution électromagnétique comprend aussi les rayonnements proches : les RFID, LORA, Bluetooth, et tous les objets connectés de notre quotidien. (les té-léphones, les ordinateurs, les tablettes, les montres...). Comme vu dans la partie 1.2 de cet article le nombre d’objets connectés augmente fortement. Et lorsqu’on s’intéresse à la zone de champs proches, la répartition des champs électromagnétiques devient complexe. Plusieurs phénomènes rentrent en jeux lors de la représentation d’une onde électromagnétique pro-pagatrice. Il faut entre-autre avoir la connaissance du débit d’absorption spécifique, communément appelé la DAS, d’un équipement

Figure 7: diagramme du nombre d’antennes par mois [12]

électromagnétique et les diverses conditions d’utili-sation. (Exemple : un téléphone portable va émettre plus et plus intensément lorsqu’il est à la recherche d’un WIFI). Dans les laboratoires les protocoles de prise de mesure sont faits grâce à des « fantômes » ou mannequins dont les propriétés d’absorption des ondes électromagnétiques sont proches de celles du corps humain.Pour conclure cette partie il est aussi intéressant d’y exposer la cartographie satellite en service actuelle-ment (figure 6). Tous ne sont pas liés à la commu-nication (certains sont exclusivement militaires, ou GPS...) Hors comme vu dans la partie 1.3 la techno-logie 5G va nécessiter l’utilisation de satellites sta-tionnaires, on peut donc prévoir une augmentation de ces derniers. Les unités et valeurs utilisées sont les suivantes :

2.1 Les grandeurs mesurées

Lorsque l’on veut mesurer une atténuation d’une onde électromagnétique on utilise les unités sui-vantes : dBW et le dBm Le dBW est l’unité en décibel définie pour caractériser la puissance d’un signal par rapport à une valeur de 1 Watt. Et le dBm est l’unité en décibel définie pour caractériser la puissance d’un signal, par rapport à une valeur de 1 milliwatt.

D’autres valeurs existent qui ne seront pas forcément essentielles à cet article : dBi soit l’unité en décibel dé-finie pour caractériser le gain d’une antenne par rap-port à une antenne de référence isotrope. Et le dBd

Tableau 2: tableau des grandeurs mesurées (issu du livre « au coeur des ondes ». [4]

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Tableau 3: tableau des grandeurs mesurées [4]

soit l’unité en décibel définie pour caractériser le gain d’une antenne par rapport à une antenne de référence de type dipôle.Lors des expérimentations sur les différents maté-riaux qui vont être testés dans cet article, il faut aussi que l’on prenne en compte certaines propriétés phy-siques liées à ces derniers. (voir tableau 3)

2.2 Études sanitaires

Aujourd’hui ce qui inquiète le plus sont les poten-tielles interactions des ondes électromagnétiques avec la matière vivante. Et essentiellement les tissus humains.

La mesure qu’il faut regarder pour quantifier la dis-sipation d’énergie dans la matière vivante est le débit d’absorption spécifique (DAS). C’est à dire la puis-sance absorbée par unité de masse de tissus. Cette valeur s’exprime en Watts par kilogramme (W/kg).

Pour ce qui est des champs CEM (champs électro-magnétiques) : « Plus l’intensité électrique est élevée, plus le champs magnétique est important. L’intensité du CEM diminue rapidement lorsqu’on s’éloigne de la source en fonction de l’inverse du carré de la dis-tance par exemple : si on s’éloigne de 2 fois, l’intensité de champs diminue d’une facteur de 4 ». [9]Pour ce qui est des effets biologiques des champs électromagnétiques (CEM), ils vont de la stimulation de tissus excitables (système nerveux et muscles) pour les plus basses fréquences, à l’échauffement des tissus pour les fréquences les plus élevées.

Par exemple jusqu’à la fréquence de 100 kHz, les CEM induisent des courants pouvant entrainer la stimula-tion de tissus excitables. Au-dessus de 10 MHz, les CEM induisent dans les tissus un échauffement (effet thermique, par orientation de la molécule d’eau). Les tissus biologiques étant en partie constitués d’eau on peut donc constater ce phénomène.On entend par là qu’il existe deux effets liés au CEM, un effet thermique et l’autre qui est biologique mais non thermique.

On peut aussi constater qu’entre 100 kHz et 10 Mhz ces deux effets coexistent. L’aspect thermique des ondes électromagnétiques a déjà été traité et a fait l’objet de nombreuses études qui démontrent que cela ne représente pas un risque si les normes mises en vigueurs sont respectées. J’ai pu en avoir la confir-mation après avoir rencontré Monsieur François Gaudaire ingénieur du CSTB de Grenoble, et qui tra-vaille sur le sujet. « La durée d’exposition à une onde électromagnétique est négligeable d’un point de vue thermique si les normes et les distances « intensité d’exposition » sont respectées. Suite à l’entretien avec Monsieur Gaudaire. Les autres effets possibles des CEM qui sont sujet à controverse sont : la génotoxi-cité, le risque de cancer, les effets de multiplicationscellulaires, les modifications de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique, les perturbations enzymatiques, et hormonales. Ces effets nourrissent beaucoup de débats scientifiques. Rien ne prouve pour le moment que telle ou telle fréquence ou telle intensité soit nocive. Mais il faut aussi bien conce-voirque rien ne le démontre non plus.

De plus lors des calculs et les mesures effectuées il est difficile et complexe d’appréhender tous les phéno-mènes liés aux propagations de CEM.

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pire que d’être exposé ponctuellement à de fortes va-leurs. C’est l’ «effet cumulatif», décrit par les Dr Sadickova, Zaret, Lai et Carino depuis 1973 , qui démontre que, contrairement aux effets thermiques qui disparaissent quand disparaît la cause, les perturbations dues aux effets athermiques, quand elles dépassent la capacité d’’auto-réparation, demeurent même en absence de cause en raison de la dégradation organique et de ses conséquences. Et ce, même à de très faibles valeurs.»

extrait de l’article «Wi-FI / Bluetooth / DECT : pour-quoi c’est dangereux ? - désactiver le Wi-fi et infor-mer vos voisins par une affichette» par le site Robin des toits. (Association Nationale pour la sécurité sa-nitaire dans les technologies sans fil) [13]

Une partie de la société s’inquiéte des effets des ondes radios sur la santé. L’idée de changer les modes de vies contemporains, et d’arrêter les communications sans fils, n’est pas envisageable. Cependant cet article voudrait démontrer qu’il est possible de contrôler la propagation des ondes. Et ainsi de filtrer les techno-logies qui sont réellement nécessaires dans les divers espaces architecturaux. Et ainsi éviter les cumul inu-tile d’ondes électromagnétiques dans notre environ-nement.

On peut décompter environ 3 configurations archi-tecturales :

- SECTEUR TERTIAIRE - BÂTIMENTS PUBLICS - ARCHITECTURE DOMESTIQUE

L’intéraction de ces diverses configurations est un as-pect à étudier. L’article va démontrer comment filtrer les ondes de façon général par des matériaux simples. Mais également comment moduler les filtres pour choisir les technologies vouluent ou non dans certain espace. Il faut savoir distinguer les technologies à courtes portées tel que le RFID, Bluetooth, LORA. Et celle à longues portées WIFI, UMTS, GSM. Ainsi que les réseaux publics et les réseaux privés. (voir figure 8)

Car comme vu dans la partie de la pollution électro-magnétique il existe les champs lointain, et proche. Mais il faut aussi prendre en compte les émissions vo-lontaires ou non, et beaucoup d’autres phénomènes liés à la technologie de l’antenne utilisée que cet ar-ticle ne va pas expliquer.

Pour conclure cette partie on peut résumer que les risques des effets du CEM sont déjà étudiés depuis des années. Une réglementation et une surveil-lance existent et sont menées par : CssPpce, ARCEP, ANFR, CCR, CCRST.

Le danger des effets thermiques des ondes radio est contrôlé et ne représente pas un risque sanitaire.En revanche les effets biologiques non thermiques sont un sujet à controverse. On connait aussi le cas de patients hypersensibles au CEM. Ces cas sont actuellement pris en compte dans le milieu médical mais aucun dispositif n’existe dans les projets architecturaux pour leur permettre de vivre en société. On ne connait pas aujourd’hui la cause de cette « allergie » aux ondes électromagné-tiques, et ces cas restant assez rares.Le risque des ondes n’est pas prouvé, et les résultats scientifiques ne prouvent pas une augmentation si-gnificative des cancers liés aux CEM. Mais il faut prendre en compte que notre environnement élec-tromagnétique n’est pas la seule chose à évaluer. L’être humain a aussi tendance à s’adapter et évoluer sur-tout lorsque son mode de vie change. Et on ne pas prouver que l’arrivé des nouvelles technologies telles que la 5G et l’augmentation constante des objets connectés de notre quotidien ne vont pas engendrer une forme « d’allergie » chez l’être humain. À l’image des personnes hypersensibles aux ondes électroma-gnétiques.

Comme écrit par dans un article par «Robin des Toits» l’aspect qui devrait être contrôlé est l’accumu-lation des ondes.

«La puissance nominale (W/kg) de ces technologies n’est pas en cause mais l’effet cumul du signal, qui est un processus d’information et non un apport d’éner-gie. Cela déclenche une cascade d’évènements bio-chimiques, dus à la nature même du signal, qui est est un envoi / réception de données numérisées sur une porteuse micro-ondes (~1900Mhz / ~2400Mhz / ~5 400 Mhz). En somme, être exposé à de faibles valeurs 24h/24h est

8

9

GSM

BLUETOOTH

WIFI privé

WIFI public

BLUETOOTHUMTS (4G-3G-2G)

bâtiments publics

bureaux

GSM

BLUETOOTH

WIFI privé

WIFI public

BLUETOOTHUMTS (4G-3G-2G)

bureaux

bureaux

WIFI privé

WIFI privé

BLUETOOTH

GSM

UMTS (4G-3G-2G)

Habitations

BÂTIMENTS PUBLICSConfiguration 1

SECTEUR TERTIAIREConfiguration 2

ARCHITECTURE DOMESTIQUEConfiguration 3

Figure 8: diagramme configurations architecturales et technologies sans fil.

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3. SECURITE DES DONNEES ET SERVICES PUBLICS

Au cours de cet article les recherches ont menées a as-sister à une conférence de l’exposition « Micro-Wave » à la Porte de Versailles. C’était alors l’occasion de rencontrer entre autre les personnes présentes sur le stand de EuroMc. EuroMc est une entreprise spéciali-sée dans le CEM, en blindage et chambre anéchoïque.

Ils étaient présents sur le site pour présenter le « smart concret » qu’ils ont conçu. Ce matériau asso-cie un béton lourd avec un dispositif de cage de fa-raday. L’assemblage des deux permet de superposer les courbes potentielles d’atténuations des CEM. Cela permet d’obtenir un matériau dont la performance est optimale sur un grand spectre d’ondes électroma-gnétiques. L’usage est aujourd’hui militaire ou bien hospitalier.

Après cette conférence Monsieur Guillaume Souliac, a accepté de me donner rendez-vous sur l’un des sites de EuroMc afin d’apporter son aide à cet article. On a abordé la question de la sécurité dans le domaine du CEM.

En effet les demandes pour les blindages CEM, sont aujourd’hui militaires. Mais dans les entreprises les demandes de protection des données vont également augmenter. Pour faire face aux piratages et les me-naces terroristes pour les bâtiments publics.

Les réseaux privés sont également des cibles, afin d’écouter les données qui passent et récupérer un maximum d’information sensibles (données d’entre-prises privées ou publiques).

Les bâtiments tels que des bureaux et des édifices sont des bâtiments anciens souvent classés au patri-moine, qui n’offrent aucune protection contre ce type d’attaque.Dans l’interview avec Monsieur Guillaume Souliac on a abordé la question de « IMP Pulse » cette tech-nologie facile à transporter dans une valise et qui émet une puissance électromagnétique capable de « détruire » les appareils électroniques. Cette techno-logie est aussi appelée « bombe électromagnétique ». Elle est différente des brouilleurs d’ondes qui se contentent de perturber l’environnement électro-magnétique. L’IMP Pulse détruit des systèmes élec-triques, ce qui d’un point de vue sécurité des entre-prises et

des bâtiments publics représente un énorme risque. (Par exemple les caméras de sécurité, data center... etc.) L’enjeu de la sécurité des données et des services pu-blics est un aspect très important dans le domaine des CEM. Et lors de la conception d’un bâtiment ou de sa rénovation la prise en compte de cette donnée devient primordiale. Ceci afin de prévenir des éven-tuelles menaces.

3.1 L’enjeu de la maîtrise des ondes Dans l’architecture la maîtrise des ondes radio de-vient essentielle. Comme vu dans la partie 1.2 nos habitudes et mode de vie évoluent avec les nouvelles technologies de communication. De plus en plus d’objets améliorent notre quotidien.

Cela permet une amélioration de nos modes de vie. Mais si la conception architecturale et les rénova-tions dans le bâtiment n’en tiennent pas compte, ces nouvelles technologies vont vites devenir des incon-vénients. La pollution électromagnétique ne sera pas contrôlée. Ce qui va engendrer des interférences et des problèmes de communication dans les environ-nements des réseaux privés et public.

D’un point de vue sanitaire si on ne prévoit pas ce changement et tant que les résultats scientifiques ne sont pas concluants, on risque de se retrouver avec une polémique qui demandera plus de moyens. Cela nécessitera de remettre les bâtiments aux normes, alors que si l’on en avait tenu compte lors de la conception, on aurait pu éviter des chantiers très couteux. (Exemple : l’amiante dont les travaux à Jus-sieu ont coûté une somme colossale et des années de travaux et de rénovation.)

Enfin comme vu dans la partie 3, les enjeux de sé-curité des données et des services publics vont aussi dépendre de la maîtrise des CEM dans les environne-ments de travail, soit les bâtiments qui accueillent ces services et entreprises.Dans cet article on va s’intéresser à une étude de l’en-vironnement électromagnétique qui a été réalisée sur l’École d’architecture de Paris Malaquais en No-vembre 2013. (Tableau 4) On va comparer cette étude avec les relevés d’aujourd’hui dans les mêmes condi-tions, heures et endroits identiques. Afin de pouvoir constater ou non une augmentation en W/M2, soit le densité de puissance de l’environnement électroma-gnétique en 4 ans.

11

notre environnement du quotidien. La densité sur-facique de Puissance d’exposition (W/m2) a augmen-té à l’image des résultats de Gartner sur l’étude du nombre d’objet conectés. (voir partie 1.2 de l’article).

PERRET HAUT (ENSAPM)Mesure en mW/m2

Le 16/11/201317h

3 ème étage Couloir Pédagogique

Salle 302

> 2.5 & < 10 > 2 & < 6 > 0.5 & < 4.5

PERRET HAUT (ENSAPM)Mesure en mW/m2

Le 04/10/201717h

3 ème étage Couloir Pédagogique

Salle 302

> 0.3 & < 14.4 > 6.3 & < 18.2 > 0.3 & < 22.2

Tableau 4: tableau de l’étude de l’évolution électromagnétique à Malaquais sur 4 ans.

À noter qu’une valeur limite d’exposition a été publié par le Service National d’Assistance sur les champs électromagnétiques en France. En effet les valeurs limites d’exposition du public sont définies en Eu-rope par la recommandation européenne du 12 juil-let 1999 et en France par le décret N° 2002-775 du 3 mai 2002. La transposition de cette Directive a été effectuée en France par le décret 2016-1074 du 3 août 2016. La réactualisation du décret à donné lieu a des vé-rifications des antennes relais et une obligation aux opérateurs à la publication d’indicateur de la qualité des services fixes. Soit des antennes relais. (Décision N° 2017-0126 de l’Autorité de régulation des commu-nications électroniques et des postes en date du 31 janvier 2017.) Ces décret sont publiés par le Minis-tère de la Transition Écologique et Solidaire.

Les valeurs limites d’exposition pour une antenne UMTS (2G-3G-4G) ou bien pour les WIFI est de : 61.4 V/m = 10 mW/m2

L’étude de l’environnement électromagnétique de Malaquais (ENSAPM) fait apparaître une augmen-tation à certains endroits de l’école. Cette augmenta-tion s’explique essentiellement par l’augmentation du nombre d’objets connectés dans

L’application «antennes» permet d’avoir toutes les informations sur les antennes relais mises en place autour de l’école de Paris-Malaquais. [8]On peut alors constater qu’une seule nouvelle an-tennes a été rajouté entre 2013 et 2017 qui aurait pu modifier les résultats de l’étude menée dans l’école. Le numéro de l’antenne est le 1013115. Les informa-tions sur les dates des modifications de ces antennes corrèlent avec la modification du décret effectué le 3 août 2016 par le Ministère de la Transition Écolo-gique et Solidaire. Voir la cartographie des antennes, (figure 7).

25

20

15

10

5

0

MESURES EN mW/m2 DENDITÉ SURFACIQUE DE PUISSANCE

3 ème Étage 2013

3 ème Étage 2017

Couloir2013

Couloir2017

Salle 3022013

Salle 3022017

Tableau 5: tableau de comparaison l’évolution électromagnétique à Malaquais sur 4 ans.

Figure 7: Cartographie des antennes rue Bonaparte 75006 [12]

10 m

W/m

2

14.4

mW

/m2

6 m

W/m

2

18.2

mW

/m2

4.5

mW

/m2

22.2

mW

/m2

12

4 EXPÉRIMENTATIONS (PERFORMANCES)

L’enjeu de cet article est de mesurer et comparer certains matériaux ainsi que de les associer. Afin de parvenir à les appliquer à la conception architectu-rale tout en se garantissant une maîtrise de certains types d’ondes voulues. L’idée est de parvenir à conce-voir des bâtiments qui répondent à la fois aux besoins technologiques en évolution permanente dans le mode de vie des usagers. Mais aussi permettre de se protéger et de contrôler les ondes d’une pièce à l’autre d’un édifice.

Pour cela plusieurs solutions seraient potentiellement efficaces, mais leurs applications dans la conception architecturale restent peut traitées en dehors du do-maine médical ou militaire.

L’expérimentation de cet article consiste à se servir d’une boite qui fera office de cage de Faraday. Ceci afin d’assurer un milieu d’expérience propre de toutes ondes extérieures et parasites aux tests. Cela permet-tra de ne pas perturber les résultats. Mais aussi de re-produire un milieu de réverbération des ondes, soit un milieu homogène, afin de tester le taux d’atténua-tion des matériaux placés dedans.

La boite (Figure 5) en question mesure 40x30 cm, et est constituée de planches en de MDF recouvertes d’aluminium. La paroi séparant les deux environne-ments est constituée d’une fenêtre de test. Un prin-cipe de pincement sert à d’insérer le matériau à étu-dier. Ce dispositif fonctionne par le biais d’un cadre, fixé par des vis plates métalliques boulonnées à la double paroi centrale. Cette technique de fixage des différents matériaux de différentes épaisseur (papier cuivré, toile métallisée, tissue de niquel... etc.) per-met d’éviter les fuites d’ondes électromagnétiques à travers la fenêtre de test. Cette fenêtre est située au centre de la cage. D’un côté du matériau testé est pla-cé un émetteur et de l’autre l’outil de réception qui enregistre les mesures. (Voir figure 8 - 9 - 10 - 12)

L’outil de mesure utilisé pour les tests est le TES-593 qui mesure l’electrosmog. Son domaine de mesure va des rayonnements Hautes fréquences et micro ondes émis par les téléphones portables, les antennes GSM, UMTS, Wi-fi, DECT, Wimax, Faisceaux Heztzien, radio et TV, les fours à micro-ondes, baby-phones, etc. Soit 10Mhz à 8Ghz. (Voir figure 11)

Les valeurs qui sont mesurées dans cette expérience sont l’atténuation de la densité surfacique de puis-sance en mW/m2 . (Voir partie 2.1)Les technologies testées sont le Bluetooth, GSM, UMTS. Ces technologies sont établies sur des bandes de fréquences suivantes : le Bluetooth 2 400 Mhz, le GSM 900 Mhz, et l’UMTS (2G-3G-4G) 800 Mhz à 2 600 Mhz.

Figure 8: Photo de la boite expérimentale.

Figure 10 : Recouvrement d’aluminium pour l’isolation CEM

Figure 9: Détail du cadre de fixage des matériaux

Le processus de test s’est réalisé en plaçant un télé-phone portable ou une antenne wireless à l’intérieur de la boite qui servait d’émetteur. Soit dans une pre-mière série de test en désactivant tout les modes de communication et d’émmission en dehors du Blue-tooth. Soit en désactivant le mode Bluetooth et autres technologies pour ne garder que le GSM. Pour le cas des ondes liées à la technologie de l’UMTS, on place l’antenne wireless à l’intérieur de la boite et l’on pro-gramme les modes d’émission. Pour chaqu’un de ces modes il a été nécessaire de réaliser des mesures avec seulement l’antennne d’émission sans matériau pour filtrer. Ce premier test permet de vérifier une moyenne stable de densité d’émission surfacique de puissance de chaque tech-nologie en mW/m2 pour un même émetteur. Par la suite il sera possible de comparer la densité d’émis-sion avec celle reçu par le récepteur lors des tests sur les matériaux, afin d’avoir un différenciel.

13

Figure 11 : Photo de l’appareil de mesure. (TES 593)klhj

Figure 12 : Schéma du processus de fabrication de la cage de Faraday

14

La capacité de réverbération de la cage de Faraday était également nécessaire de vérifier. Ce phénomène permet de recréer un environnement hétérogène dans l’espace de test. Cet aspect est important car les tests ont alors réalisés dans un environnement qui se rapproche, en terme de propagation des ondes, du milieu naturel. (voir figure 12,13)D’après la thèse «Modélisation et simulation d’une chambre réverbérante à brassage de modes à l’aide de la méthode des différences finies dans le domaine temporel» (réalisé par Frédéric Petit pour l’université de Marne la Vallée) [14] la différence fréquencielle qui est reproduite dans une «cavité» ou cage de fara-day peut être mesurée. Il faut alors commencer à regarder la «dispersion nu-mérique» (chapitre 2 de le thèse). «La discrétisation des équations de Maxwell par le schéma de Yee sur le maillage implique que la vi-tesse de phase n’est plus constanste, comme dans le cas classique, mais dépend des paramètres du mail-lage : des fréquences différentes se propagent à des vitesses numériques différentes, d’où le terme de Dispersion numérique.» [14]L’ouvrage d’Allen Taflove sur les calculs électroma-gnétiques [15] montre non seulement que la vitesse

de phase numérique décroît avec la fréquence mais qu’elle dépend aussi de l’angle de propagation de l’onde par rapport aux «cellules» dans la cavité de test. Ainsi, dans le cas de «cellules cubiques», la disper-sion numérique est minimale lorsque l’onde se pro-page à 45° et est maximale lorsqu’elle se propage de 0° à 90°. La thèse de Frédéric Petit en déduit que la conséquence de cette propriété est que les fréquences de résonance vont être décalées vers les basses fré-quences par rapport à leur valeur théorique initiale. Ce décalage dépend à la fois de la fréquence et de l’angle de propagation et du dimensionnement. C’est pour cette raison que la boite expérimentale pour cet article a été conçue avec des angles droits. Par la suite il a été nécessaire de vérifier la différence fréquen-cielle que celle-ci provoque lors des tests qui vont être réalisés. Donc toujours en s’appuyant sur les écrits de la thèse pour le cas d’une cavité, on constate que cette dispersion ne dépend pas seulement de l’angle de propagation, mais aussi des indices : m,n,p. (ici les di-mensions de la boite expérimentale). On arrive alors à une «étude des fréquences de résonances à partir de leur expression analytique tenant compte de la dis-persion numérique» (voir l’équation 1) qui permet de distinguer plusieurs cas de décalages de l’onde.

Figure 13 : schéma d’étude de la propagation des ondes dans la boite expérimentale.

15

«Les différents cas sont les suivant :

- (1) les modes TE/TMmnp, tels que les indices m,n,p sont petits, les modes subissent un décalage faible; ce cas correspond aux basses fréquences.

- (2) les modes TEOnp, TEmOp et TMmnO subissent un décalage fréquentiel maximal dans le cas où l’un des deux indices non nul est très grand devant l’autre.

- (3) les modes TE/TMmnp tels que les indices soient sensiblement égaux entre eux subissent un décalage mini-mal.

- (4) les modes TE/TMmnp avec m,n,p grands, subissent un décalage fréquentiel important; ce cas correspond aux hautes fréquences.» [14]

Pour ce qui concerne cet article on va plutôt chercher à se rapprocher du cas 3. Ce qui correspond à environne-ment de test plus adéquate pour les diverses technologies qui vont être testées.

Donc dans le cas d’une cellule cubique, la thèse montre qu’il existe en effet une condition sur les indices m,n,p pour que la fréquence numérique f mnp

numérique d’un mode propre soit égale à la fréquence théorique f mnpthéorique . Le décalage fréquentiel dû à la dis-

persion numérique est alors identiquement nul. Pous déterminer ces fréquences, la thèse montre que l’on peut trouver une solution à l’équation.

f mnpnumérique = f mnp

théorique

équation 1 : expression analytique de la dispersion numérique

D’après la thèse il y a des conditions pour obtenir une égalité entre les équations 1 (expression analytique de la dis-persion numérique) et l’équation 2 (expression analytique de la dispersion théorique) (voir l’équation 2) et ainsi obtenir une fréquence de résonance adéquate aux tests qui vont être fait dans l’article.

Les conditions qui sont appliqués sont dimx, dimy, dimz soit les dimensions de la cellule selon les trois

16

directions Ox, Oy, Oz tel que les dimensions de la cavité puissent s’écrire : Lx= dimx dx Ly= dimy dy Lz= dimz dz

Avec le cas particulier où dz, dy, dx sont environ égaux. On remplace kx, ky , kz par leur expression en fonction des indices m,n,p. L’équation 1 s’écrit alors :

équation 2 : expression analytique de la dispersion théorique

Le seul moyen de faire disparaître le terme en sin-1 est de faire sortir le sin2 de la racine carrée. Il est alors néces-saire de rendre ces trois termes égaux, soit :

Or, dans le cas particulier d’une cellule cubique, dt vaut :

L’expression de f mnpnumérique se simplifie alors en :

où fe=1/dt est la fréquence d’échantillonnage. Si l’on considère maintenant l’expression de f mnpthéorique et la condi-

tion 1, que l’on vient d’appliquer à l’expression f mnpnumérique, l’équation devient :

condition 1

Le décalage fréquentiel est alors nul pour les modes qui correspondent à cette dernière équation.

Dans le cas de la boite expérimentale réalisée pour cet article on obtient :

le mode TE/TM30 30 40 (f30 30 40 = 1/4 fe ~ 3,3 GHz)

Le décalage fréquentiel est donc faible. Ce mode per-met d’avoir la vitesse numérique de propagation de l’onde proche de la vitesse initiale. Une fois la boite expérimentale construite, et doublée d’aluminium, il a fallu prendre des mesures à l’inté-rieur. Puis vérifier qu’elle est bien hermétique aux di-verses technologies qui vont être testées.

-Bluetooth : dont la fréquence se situe à 2 400 Mhz. Pour une densité d’émission surfacique de puissance de référence de 0.5 mW/m2.

-GMS : dont la fréquence se situe à 900 Mhz. Pour une densité de densité d’émission surfacique de puis-sance de référence de 0.2 mW/m2.

- UMTS : dont la fréquence se situe à 800 Mhz à 2600 Mhz. Pour une densité de densité d’émission surfa-cique de puissance de référence de 0.3 mW/m2.

4.1 Matériaux à tester

Les matériaux qui vont être expérimentés sont des tissus fournis par l’entreprise Soliani EMC. Ils étaient présent lors de l’exposition Micro-Wave. Ceux sont des tissus militaires avec différentes propriétées.Les tissus standards qu’ils produisent sont le Static Clean, le Galiléo et la Pongè, article en polyester dont le poids varie entre 60 et 150 grammes au mètre carré après métallisation. La garniture de nickel pur varieentre 12 et 35 grammes au mètre carré de métal. Ces tissus ont des comportements différents face au champ électromagnétique. Le cuivre ne fait pas parti de leur alliage, pour des raisons de corrosion.

Les divers tissus fournis par Soliani se différencient au niveau de leur comportement mécanique dû à la présence dans certains matériaux tel que du polyester mais aussi avec du carbone, du Nomex, du Kevlar et du polyamide.

Les autres matériaux testés sont de la feuille de cuivre et du tissu de cuivre fourni par EuroMc. (La compo-sition du tissu de cuivre reste inconnu pour des rai-son de secret d’entreprise).

Le processus expérimental était de placer le récepteur (TES 593) dans le fond de la boite. Puis de le pro-grammer pour qu’il enregistre 99 mesures en mode AVG MAX (average max). Ce mode permet d’éviter les trop grandes différences des résultats durant une session de test. Une fois l’appareil mis en place, on place le matériau voulu entre la paroi de MDF et le cadre puis on res-serre les boulons et on recouvre ces derniers d’alumi-nium puis prevenir de toute fuite électromagnétique à travers eux. Enfin on place l’émetteur, dans ce cas là un téléphone portable ou l’antenne wireless, dans la seconde partie de la boite exprimentale. Et on les programme pour n’émettre qu’une seule type de technologie. Tout les matériaux ont été testé sur les trois mode : Bluetooth, GMS, UMTS (2G-3G-4G).

Soliani EMC (Galiléo Pure Nickel)

Soliani EMC (Galiléo Pure Nickel+ Flame Retardant)

Soliani EMC (Pongé Pure Nickel)

MATÉRIAUX

Soliani EMC (Static clean Pure Nickel)

Aluminium renforcéAlimentaire

17

Soliani EMC (Pongé Pure Nickel+ Flame Retardant)

Soliani EMC (Nomex Pure Nickel+ Flame Retardant)

4.2 Résultats et analyses

La suite des expériences étaient de tester les maté-riaux dans la boite expériementale. Le protocole était de les placer entre la cloison de MDF et le cadre de test en resserrant les boulons pour réduire au maxi-mun le risque de fuite entre l’espace d’émission et de réception.L’outil de réception a été régler en AVG MAX et les mesures relevées en mW/m2.Ci-joint les résultats des tests de perfomance d’atté-nuation de densité surfacique de puissance. (tableau 5) Les résultats obtenus montrent que les matériaux les plus performants toutes fréquences confondues sont le cuivre et l’aluminium.

Soliani EMC (Kon Voven Pure Nickel)

Tissu de cuivre EuroMc

Feuille de cuivre (épaisseur < 1 mm)

EuroMc

La première étape des expérimentations était de me-surer en mW/m2. (densité surfacique de puissance) les technologies : UMTS (4G), Bluetooth, GSM, WIFI. Ces premières mesures permettent d’avoir des va-leurs de référence initiales à laquelle on pourra com-parer les résultats obtenu avec les matériaux. Et ainsi voir les performances d’atténuation de ces derniers.

Pour mesurer les puissances d’émission des diverses technologies, le protocole était de placer l’antenne

à l’intérieur de la boite expérimentale et de program-mer les modes d’émission. Ensuite de placer le récep-teur, et de le programmer afin qu’il enregistre 99 me-sures en mode AVG MAX. Ce mode permet d’avoir une stabilité dans les mesures obtenu.Les valeurs de références obtenues sont dans le diagramme ci-dessous. (figure 14)

mW/mé

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

2 1004G (UMTS)

900GSM

2 400Bluetooth

0.7

5 000WIFI

-GSM (900 Mhz) : 0.2 mW/m2

-4G UMTS (2 100 Mhz) : 0.7 mW/m2

-Bluetooth (2 400 Mhz) : 0.5 mW/m2

-WIFI (5 000 Mhz) : 0.3 mW/m2

figure 14 : diagramme des mesures de densité surfacique de puis-sance des technologies testées

18

(1) Soliani EMC (Static clean Pure Nickel)

(2) Aluminium renforcéAlimentaire

(3) Soliani EMC (Galiléo Pure Nickel)

(4) Soliani EMC (Galiléo Pure Nickel+ Flame Retardant)

(5) Soliani EMC (Pongé Pure Nickel)

(6) Soliani EMC (Pongé Pure Nickel+ Flame Retardant)

(7) Soliani EMC (Nomex Pure Nickel+ Flame Retardant)

(8) Soliani EMC (Kon Voven Pure Nickel)

MATÉRIAUX TECHNOLOGIES

(9) Tissu de cuivre + Niquel

(10) Feuille de cuivre (épaisseur < 1 mm)EuroMc

Bluetooth0.5 mW/m2

2 400 Mhz

GSM0.2 mW/m2

900 Mhz

WIFI0.3 mW/m2

5 000 Mhz

0.02 mW/m2

mesure AVG MAX0.10 mW/m2


mesure AVG MAX

0.0.7 mW/m2



mesure AVG MAX

0.14 mW/m2



mesure AVG MAX

0.16 mW/m2



mesure AVG MAX

0.09 mW/m2



mesure AVG MAX

0.11 mW/m2



mesure AVG MAX

0.09 mW/m2



mesure AVG MAX

0.18 mW/m2



mesure AVG MAX

0.15 mW/m2



mesure AVG MAX

0.01 mW/m2



mesure AVG MAX

4G (UMTS)0.7 mW/m2

2 100 Mhz

0.15 mW/m2

mesure AVG MAX

0.05 mW/m2

mesure AVG MAX

0.09 mW/m2

mesure AVG MAX

0.17 mW/m2

mesure AVG MAX

0.10 mW/m2

mesure AVG MAX

0.12 mW/m2

mesure AVG MAX

0.10 mW/m2

mesure AVG MAX

0.21 mW/m2

mesure AVG MAX

0.06 mW/m2

mesure AVG MAX

0.04 mW/m2

mesure AVG MAX

Tableau 5 : tableau des résultats des mesures en mW/m2 des matériaux

L’inconvénient avec ce dernier est qu’il filtre toutes les longueurs d’ondes confondues et donc toutes les technologies. Cependant comme vu dans la partie 2.2 (figure 8) il est nécessaire de lors des diverses configurations architecturales de savoir ce qu’on filtre et ce qu’on laisse passer. L’idée de vivre sans aucune technologies sans fil n’est pas envisageable dans notre quotidien. Ce ne serait que le GSM, afin de pouvoir téléphoner de l’intérieur vers l’extérieur d’un bâtiment. Il est donc important de contrôler les propagations des ondes de façon inelligente. Il s’agit de cantonner les réseaux privés à l’intérieur des architectures qui en on besoin. Et de filtrer les réseaux publics afin qu’ils n’interférent pas avec d’autres les activités et réseaux qui en décou-lents. L’enjeux de ce travail est de réduire la pollution électromagnétique dans les environnements publics, tertiaires, et domestiques.

Ces deux matériaux réduisent de façon très signifi-cative toutes les technologies dû à leur maillage très dense et donc de leur conductivité électrique non in-terrompu.

La feuille de cuivre a en revanche un défaut qui est son oxydation. Car l’oxydation interfère avec la conductivité électrique, et donc réduit considérable-ment les performances d’atténuation de la feuille de cuivre à long terme. Pour contrer ce phénomène il existe le tissu de cuivre qui est fait d’une maille de cuivre et de niquel. Cepen-dant ce dispositif a des performances d’atténuation moins concluantes que la feuille de cuire pure.

La feuille d’aluminium renforcée quant à elle a des résultats concluants elle aussi sur toutes les techno-logies confondues. Le matériau le plus performant en atténuation des fréquentes de 900 Mhz à 5 000 Mhz est donc l’aluminium.

19

mW/mé

Matériaux

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

4G (UMTS) 0.7 mW/m2

2 100 Mhz

(1) Static clean Pure Nickel

(2) Aluminium renforcé

Alimentaire

(3) Galiléo Pure Nickel


+ Flame Retar-dant

(5) Pongé Pure Nickel


+ Flame Retar-dant

(7) Nomex Pure Nickel

+ Flame Retar-dant

(8) Kon Voven Pure Nickel

(9) Tissu de cuivre + niquel

(10) Feuille de cuivre

(épaisseur < 1 mm)

Densité de puissance surfacique émise par le 4G (UMTS) pour la même antenne (téléphone portable)

Densité de puissance surfacique après que l’onde du 4G (UMTS) après être passée par le matériau filtrant.

formances sous la forme de diagrammes pour la technologie du 4G (UMTS), le WIFI, le Bluetooth, et le GSM. (voir figures 15-16-17-18)

La suite du travail de cet article est de voir dans quelle mesure il est possible de regrouper des ma-tériaux entre eux afin d’atteindre des performances d’atténuation pour les technologies voulues, et de permettre de moduler suivant les besoins dans les di-verses configurations architecturales : Tertiaire, Do-mestique, Publics.

Pour atteindre cet objectif cet l’article va s’appuyer sur les résultats par technologies (voir figures 15-16-17-18) pour sélectionner les matériaux le plus per-formants par fréquence. Les matériaux qui sont alors sélectionnés font l’objet d’une deuxième série de test afin de voir la possibilité de les addicionner pour at-teindre les performances voulent pour les différentes configurations architecturales.

L’un des aspects est qui a prendre en compte est que plus l’environnement électromagnétiques est im-portant est plus les interférences sont présentes. Ces interférences entre les ondes augmentes la densité d’émission des appareils (objets connectés) car le signal qu’ils cherchent est couvert par le bruit des autres technologies environnantes. Les appareils vont donc émettre plus fort pour retrouver le signal et renforcer la connexion. Filtrer les technologies nécessaires dans certaines configurations architecturales va donc éviter l’aug-mentation de la pollution électromagnétiques dans ces espaces. Ce qui réduit les risques d’interférences, donc augmente la performance des réseaux et réduit leur densité d’émission. Cet aspect est important éga-lement d’un point de vue sanitaire. Le deuxième as-pect est de filtrer les réseaux privés et publics, afin de réduire le risque de piratage des données. Afin d’atteindre ces objectifs il est intéressant de re-garder les performances des matériaux sur une seuleet même technologie. L’article présente alors les per

figure 15 : diagramme des mesures de densité surfacique de puis-sance des matériaux pour la technologie de la 4G (UMTS)

20

21

mW/mé

Matériaux

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

Bluetooth0.5 mW/m2

2 400 Mhz



Alimentaire



+ Flame Retar-dant



+ Flame Retar-dant


+ Flame Retar-dant




(épaisseur < 1 mm)

mW/mé

Matériaux

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

GSM0.2 mW/m2

900 Mhz



Alimentaire



+ Flame Retar-dant



+ Flame Retar-dant


+ Flame Retar-dant




(épaisseur < 1 mm)

Densité de puissance surfacique émise par le Blue-tooth pour la même antenne (téléphone portable)

Densité de puissance surfacique après que l’onde du Bluetooth soit passée par le matériau filtrant.

Densité de puissance surfacique émise par le GSM pour la même antenne (téléphone portable)

Densité de puissance surfacique après que l’onde du GSM soit passée par le matériau filtrant.

figure 16 : diagramme des mesures de densité surfacique de puis-sance des matériaux pour la technologie du Bluetooth

figure 17 : diagramme des mesures de densité surfacique de puis-sance des matériaux pour la technologie GSM

mW/mé

Matériaux

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

WIFI0.3 mW/m2

5 000 Mhz



Alimentaire



+ Flame Retar-dant



+ Flame Retar-dant


+ Flame Retar-dant




(épaisseur < 1 mm)

Densité de puissance surfacique émise par le WIFI pour la même antenne (téléphone portable)

Densité de puissance surfacique après que l’onde du WIFI soit passée par le matériau filtrant.

figure 18 : diagramme des mesures de densité surfacique de puis-sance des matériaux pour la technologie du WIFI

En s’appuyant sur les diagrammes ci-dessus on peut mettre en évidence certains matériaux qui sont per-formants sur une technologies en particulier.

On note le matériau : - Le «Static clean Pure Nickel» pour la technologie du bluetooth. (figure 21)- Le «Tissu de cuivre+Niquel» pour la technologie de la 4G (UMTS). (figure 19)- Le «Pongé Pure Niquel» pour la technologies GSM. - Le «Galléo Pure Niquel + Flame Retardant» pour la technologie du WIFI. (figure 20)

Ces matériaux sont choisi par leur capacité a filtrer une technologie en particulière, sans trop affecter les autres fréquences. Cet article ne va pas mettre en avant le «Pogé Pure Niquel» qui filtre les ondes GSM car comme on note dans les configurations architec-turales (partie 2.2 figure 8), cette technologie reste indispensable pour l’habitations, les bureaux et les bâtiments publics.

Les diagrammes suivant mettent en avant les per-formances des matériaux 1 - 4 - 9 sur l’ensemble du spectre électromagnétique étudié ici.

figure 19 : diagramme des mesures de densité surfacique de puis-sance du Tissu de Cuivre + Niquel

mW/mé

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

2 1004G (UMTS)

900GSM

2 400Bluetooth

0.7

5 000WIFI

Tissu de Cuivre + Niquel

22

Matériau performant sur la 4G (UMTS) (2 100 Mhz):

mW/mé

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

2 1004G (UMTS)

900GSM

2 400Bluetooth

0.7

5 000WIFI

Galiléo Pure Nickel + Flame Retardant

mW/mé

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

2 1004G (UMTS)

900GSM

2 400Bluetooth

0.7

5 000WIFI

Static clean Pure Nickel

Le protocole la deuxième série de test est de placer les matériaux dans le cadre de test en superposant les filtres dont on a besoin dans les différentes configu-rations architecturales.



Matériau performant sur le WIFI (5 000 Mhz) :

Matériau performant sur le Bluetooth (2 400 Mhz) :

Configuration 3 (figure 8) :

Pour ce qui est l’habitation «architecture domes-tique», l’espace a besoin de convéver le WIFI privé et le bluetooth à l’intérieur de filtrer les ondes 4G (UMTS) venant des antennes relais, et laisser passer le GSM. Il s’agit donc ici de contrôler la propagation des ondes de 2 100 Mhz à 5 000 Mhz.La superposition des matériaux suivant : (9) Tissu de cuivre + Niquel, (4) Galléo Pure Niquel + Flame retardant, (1) Static clean Pure Niquel, ont donné les résultats suivants (figure 22 et 23):

2025301520201015102014201520160102030

mW/mé

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

2 1004G (UMTS)

900GSM

2 400Bluetooth

0.7

5 000WIFI

Matériaux superposés : 1 + 4 + 9

figure 22 : diagramme des mesures de densité surfacique de puis-sance en superposant les matériaux 1 + 4 + 9.

Architecture Domestiqueconfiguration 3

figure 23 : diagramme des pourcentages de réduction de la densité d’émission des ondes pour la configuration 3

23

GSM

4G

Bluetooth

WIFI - 76.5% - 92.5%

- 94%

- 40%


Pour ce qui est des bâtiments Publics, l’espace a be-soin de convéver le WIFI du bâtiment à l’intérieur de filtrer les ondes 4G (UMTS) venant des antennes relais, et laisser passer le GSM. Il s’agit donc ici de contrôler la propagation des ondes de 2 100 Mhz et 5 000 Mhz.La superposition des matériaux suivant : (9) Tissu de cuivre + Niquel, (4) Galléo Pure Niquel + Flame retardant, ont donné les résultats suivants (figure 25 et 26):

figure 25 : diagramme des mesures de densité surfacique de puis-sance en superposant les matériaux 4 + 9.


Pour ce qui est des bureaux «espaces Tertiaires», l’in-tersection d’un bureau à l’autre a besions de convé-ver bluetooth à l’intérieur de filtrer les ondes 4G (UMTS) venant des antennes relais, et laisser passer le GSM et le WFI privé. Il s’agit donc ici de contrôler la propagation des ondes de 2 100 Mhz à 2 400 Mhz.La superposition des matériaux suivant : (9) Tissu de cuivre + Niquel, (1) Static clean Pure Niquel, ont donné les résultats suivants (figure 24 et 25):

figure 24 : diagramme des mesures de densité surfacique de puis-sance en superposant les matériaux 1 + 9.

2025301520201015102014201520160102030

mW/mé

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

2 1004G (UMTS)

900GSM

2 400Bluetooth

0.7

5 000WIFI

Matériaux superposés : 1 + 92025301520201015102014201520160102030

mW/mé

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

2 1004G (UMTS)

900GSM

2 400Bluetooth

0.7

5 000WIFI

Matériaux superposés : 4 + 9

SECTEUR TERTIAIREconfiguration 2


Architecture Domestiqueconfiguration 3


24

GSM

4G

Bluetooth

WIFI - 44.5% - 88%

- 92%

- 38%

GSM

4G

Bluetooth

WIFI - 67% - 90%

- 70%

- 39.5%

5. CONCLUSION

Les résultats nous montrent qu’il existe des maté-riaux qui filtrent de façon efficace les ondes électro-magnétiques, dû à leur maillage dense qui comporte une conductivité électrique continue.

Parmis ces matériaux on peut compter la feuille d’alu-minium renforcé alimentaire et la feuille de cuivre. Cependant la feuille de cuivre va avec le temps s’oxy-der et perdre de sa conductivité électrique qui va ré-duire ces performances d’atténuation des ondes élec-tromagétiques. L’aluminium reste donc le matériaux le plus efficace pour réduire les ondes toutes fréquences confondues de 900 Mhz à 5 000 Mhz.

Cependant comme on voit dans la figure 8, on ne peut pas aujourd’hui simplement se contenter de ré-duire de façon aveugle toutes les ondes électromagné-tqiues. Car nous avons besoin par exemple du GSM. Ce ne serait en cas d’incendie ou d’une catastrophe qui coupe les réseaux filaires dans un bâtiment. Le GSM reste indispensable pour des raisons de sécurité des usgers tout secteur confondus (Architecture Do-mestiques, Secteur Tertiaire, Bâtiment Publics). En revanche on peut voir que certaines propagations, autres que le GSM, sont inutiles et vont polluler l’en-vironnement électromagnétique de ces espaces. Ce qui va engendrer des pertes de performances des ré-saux réellement nécessaires, qui vont devoir émettre plus fort afin de couvrir le bruit électromagnétiques des autres technologies présent dans le même espace. Cette agmentation en densité surfacique de puis-sance va être la source aussi de l’augmentation des risques sanitaires. De plus il est important de filtrer les ondes qui rentrent dans les bâtiments et contrôler ce qui en sort. Ceci afin de réduire les risques de piratage des données personnelles, ou de sabotage des réseaux privés par une entité extérieur au bâtiment.

L’article a démontré qu’il y avait des matériaux plus performants sur certaines technologies. Et qu’il était possible des les surperposer pour moduler les filtres. Ceci afin de s’adapter à certaines configurations ar-chitecturales qui on été décrite dans la partie 2.2 étude sanitaire. (figure 8)

Les résultats de ces surperpositions arrivent à cibler les technologies que l’on veut réduire mais affectent encore les autres que l’on voudrait garder le plus

possible performantes.

La superposition de matériaux filtrant reste malgrès tout une solution envisageable pour ces configua-tions architecturales.

Cependant une deuxième piste de recherche serait peut être à étudier. La possibilité de tisser les maté-riaux entre eux et de générer une densité de maillage qui correspondrait à la longueur d’onde ciblé. Dans le secteur militaire il exsiste des bouches d’aé-ration dont la géométrie en nid d’abeille et leur in-clinaison forment des grilles qui bloquent des lon-gueures d’ondes prises.

Les matériaux étudiés dans cet article étant essentiel-lement des tissus et des feuilles métalliques. La se-conde piste de recherche serait de voir dans quelle mesure il est possible de cibler présisément les lon-gueurs d’ondes à stopper en gérant la géométrie du maillage et sa densité. Et ainsi augmenter les performances d’atténuation sur les technologies vouluent tout en convervant une performance de communication sur les longueurs d’ondes que l’on ne veut pas affecter, du type GSM.

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[10] https://fr.wikipedia.org/wiki/Pollu-tion_%C3%A9lectromagn%C3%A9tique

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[12] https://www.antennesmobiles.fr

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[14] Thèse de Frédéric Petit pour l’Université de Marne la Vallée «Modélisation et simulation d’une chambre réverbérante à brassage de modes à l’aide de la méthode des différences finies dans le domaine temporel» 10 Décembre 2002

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Conférence MicroWave – conférence Parc des Exposition 2017

Personnes rencontrées :François Gaudaire ingénieur au CTSB Granoble.Philippe Capron intervenant de Frankonia entreprise allemande pour EuroMcGuillaume Souliac de EuroMcJean-Paul Caron-Fellens directeur technique de EuroMCIvano Soliani Président de l’entreprise SolianiPascal Malblanc de l’entreprise Kemtron.

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