Ce projet de recherche s’inscrit dans le développement de méthodes adéquates pour la mesure de l’intensité des champs électromagnétiques émis par les antennes 5G (CEM-5G) qui utilisent la bande de radiofréquences 28GHz. Les chercheurs ont testé la qualité de deux types d’antennes de mesure différentes et ils ont vérifié l’influence que pouvait avoir la hauteur à laquelle est placée l’antenne dans les mesures des CEM-5G émis par une antenne 5G.
La première bande de fréquence exploitée par la 5G s’étend de 700 à 3600 MHz. Une autre bande de fréquence, s’étendant de 24 à 30 GHz ou plus est en cours de mise sur le marché à travers le monde. C’est sur cette dernière bande de fréquence que l’équipe de recherche s’est focalisée. À noter que la bande 26 GHz a été désignée comme l'une des bandes pionnières de la 5G la Commission européenne.
A Tokyo, au Japon, l’équipe de recherche a identifié 3 sites sur lesquels se trouvent des antennes 5G émettant déjà dans la bande de fréquence la plus élevée et la plus récente (28 GHz). Sur chacun de ces sites, 5 points de mesure différents ont été définis, selon une distance plus ou moins grande par rapport à l’antenne 5G. Pour chacun de ces points, les chercheurs ont mesuré l’intensité des champs électriques, en utilisant à chaque fois en parallèle deux antennes différentes que nous décrivons ci-dessous.
Il est important de préciser que les champs électromagnétiques présentent plusieurs polarisations, c’est-à-dire qu’ils sont émis dans plusieurs directions en même temps. Pour cette raison, les chercheurs soulignent la pertinence d’étudier les champs magnétiques en tenant compte de toutes les polarisations (= directions) possibles. Pour faire évoluer les techniques dans ce sens, ils ont réalisé les mesures avec deux types d’antennes différentes : une antenne en forme de « cornet », qui concentre l'énergie dans une direction spécifique pour émettre ou recevoir des signaux et une antenne « omnidirectionnelle », qui peut émettre et recevoir ces signaux de manière uniforme dans toutes les directions. Ils ont ensuite comparé les résultats obtenus pour chaque antenne dans le but d’identifier l’antenne de mesure la plus adéquate.
Deux types de mesures ont été réalisés en chaque point et avec les deux antennes :
En 5G, l’antenne doit être activée par un utilisateur pour émettre des signaux dans la direction de cet utilisateur. Pour générer du trafic de données par l’antenne 5G, un smartphone (ici un Samsung Galaxy S22) était placé dans l’environnement de l’antenne et téléchargeait pendant toute la durée du mesurage un fichier de 10GB depuis un Google Drive. De façon à pouvoir comparer l’intensité de champ électrique présente selon qu’il y ait du trafic de données ou non, les chercheurs ont réalisé les mêmes mesures mais avec le Smartphone éteint.
L’équipe faisait ensuite une moyenne de ces mesures par minutes. Le but de cette étape était d’évaluer les changements d’intensité du champ électrique dans un contexte avec trafic de données.
Pour chacun des 3 sites, les chercheurs ont observé que plus les points de mesure étaient proches de l’antenne 5G, plus ils captaient des intensités de champs électriques élevées. L’intensité de champs électriques diminuait donc avec la distance par rapport à l’antenne 5G.
Concernant les différentes hauteurs auxquelles ont été prises les mesures, les chercheurs ont observé une grande variabilité (de 10 à 25dB). C’est-à-dire qu’à certains points de mesure, l’intensité de champs électriques était très élevée à 2m du sol et que pour d’autre points elle était plus élevée à 50 ou 60 cm du sol. Comme pour exprimer les niveaux de bruit, les décibels (dB) peuvent être utilisés pour exprimer l’exposition à des champs électromagnétiques. En effet, l’étendue des niveaux de CEM va de valeur très faibles à très élevées. Transformer ces données en décibels facilite la compréhension et la comparaison aux seuils.
Ils ont aussi observé que l’antenne « omnidirectionnelle » captait une plus grande variabilité que l’antenne « cornet ». Les chercheurs expliquent cette observation par le fait que l’antenne « cornet » masquerait les sources de champ électrique émanant de l’environnement alentours, tandis que l’antenne « omnidirectionnelle » ne ferait pas la différence entre les champs émis par l’antenne 5G et ceux émis par une autre source aux alentours (par exemple ici le smartphone en train de télécharger des données).
Concernant les expositions mesurées en chacun des 5 points et à leur hauteur la plus exposée aux champs électriques ; toutes les moyennes d’exposition étaient très basses. Aucune ne dépassait le seuil (de 155,76dBµV/m) recommandé par l’ICNIRP (« International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection » et l’IEEE (« Institute of Electrical and Electronics Engineers »), deux organisations internationales qui étudient les impacts des champs électromagnétiques sur la santé et proposent des seuils d’expositions à ne pas dépasser.
Dans l’expérience comparant l’intensité de champs électriques selon qu’il y ait ou non du trafic de données, les chercheurs ont observé que les antennes « omnidirectionnelles » captaient des niveaux plus élevés de champs électriques que ceux captés par les antennes « cornet », avec parfois jusque 13dB de différence captée entre les deux antennes.
Avec l’arrivée sur le marché d’antennes 5G mobilisant la bande de fréquence 28 GHz, il est essentiel de pouvoir mesurer de façon adéquate les champs électriques qu’elle génère. Les chercheurs soulignent que les antennes « omnidirectionnelles » sont plus appropriées pour mesurer l’exposition aux champs électriques en un point donné car elles captent l’exposition issue de toutes les sources alentours confondues. Les antennes « cornet » semblent plus adéquates pour identifier l’exposition aux champs électriques issus d’une source précise, comme une antenne 5G.
L’équipe de recherche se veut aussi rassurante quant aux niveaux d’exposition aux champs électriques générés par une antenne 5G dans la bande de fréquence 28 GHz qui tendra à être de plus en plus utilisée dans les années à venir. En effet toutes les mesures qu’ils ont réalisées respectaient largement le seuil de référence recommandé par l’ICNIRP et l’IEEE.
Les chercheurs soulignent que les mesures ont été réalisées sous des conditions réalistes d’émissions d’ondes 5G via la bande de fréquence commerciale de 28 GHz. Ils soulignent aussi l’importance d’avoir tenu compte des différentes directions d’émission des champs électromagnétiques.
