Les ondes électromagnétiques dans notre quotidien (partie 2/4)

voici donc la seconde partie de la thématique de vulgarisation consacré aux ondes électromagnétiques dans notre quotidien [Musique] 1 abandon [Musique] alors autant le dire tout de suite si vous n'avez pas vu la première partie et que vos connaissances en physique que du rayonnement électromagnétique ne sont pas au top je vous conseille quand même d'aller la voir donc je voulais mais ici en suggestions et de revenir ensuite ici pour continuer tranquillement sinon il ya quand même des notions qui risque de vous échapper voilà donc on peut poursuivre sur notre lancée et aborder maintenant les technologies de notre quotidien qui exploitent ces ondes électromagnétiques en prenant quelques exemples d'appareils ou de systèmes pour vous expliquer leurs principes et comme j'ai abordé dans la première partie lorsqu un courant électrique à haute fréquence circulent dans un conducteur métallique ça produit des ondes électromagnétiques et dans ce conducteur les électrons font énormément délire taux à très grande vitesse ce qui a pour conséquence de former un champ électromagnétique tout autour donc potentiellement tous qui utilise du courant électrique dégage une certaine quantité d'onde ce qui provoque la formation d'un champ électromagnétique et bien entendu ce champ peut être mesurée avec des instruments de mesures spécifiques j'ai quelques uns des appareils de mesure dans mon labo que j'utilise selon le type d'application sur lequel je travaille parce que l'appareil doit forcément être adaptés au type de chant à quantifier par exemple quand on cherche à améliorer la composante électrique du champ électromagnétique on obtient des valeurs en volts par mètre et pour sa composante magnétique les valeurs sont en micro tesla est d'ailleurs un physique on utilise aussi une autre unité qui est lampert par m sachant que un micro tesla égal 0 8 ans perd permettre et bien entendu l'antenne de ces appareils doit aussi être adapté à la gamme de fréquences que l'on cherche à mesurer et d'ailleurs l'étude de la physique qui est des caractéristiques des antennes est un sujet à part entière qui ne peut devenir assez complexe à partir du moment où on commence à le creuser sérieusement j'ai mis sous la forme d'un tableau des données fournies en 2020 par la mfr qui est l' agence nationale française des fréquences qui regroupe quelques exemples de mesures sur des appareils que l'on retrouve dans une habitation la seconde colonne donne les valeurs du champ électrique mesuré à 50 cm de lapin la troisième colonne indique la valeur maximale autorisée est la quatrième colonne renseigne la bande de fréquences concernées ce qui dénote dans ce tableau c'est sans surprise la plaque à induction avec un champ électrique à 50 cm de 30 vols par m on reste cependant assez éloignée de la limite réglementaire mais pour le reste on ne dépasse pas les 5 volts par mètre j'ai d'ailleurs personnellement voulu vérifier quelques-unes de ces mesures je vous ajoute donc une cinquième colonne avec les valeurs que j'ai obtenus pour celle que j'ai choisie mesurer et globalement ça soutient à propos de la nfl je vous recommande d'ailleurs d'aller faire un petit tour sur leur site internet parce qu'il ya beaucoup d'informations intéressantes à y lire aussi bien sous la forme de dossiers que d'articles et d'ailleurs certains d'entre eux sont téléchargeables au format pdf ok donc maintenant on va s'intéresser à des appareils qui émettent des ondes électromagnétiques à partir d'une source qui les produisent eux mêmes parce qu'il semblerait que pour une très large majorité des gens c'est presque de la magie tellement ils n'ont absolument aucune idée de comment ça fonctionne et pour être le plus complet possible il faudrait que je parle de la plupart des technologies courantes telles que par exemple détecteurs de métaux courants porteurs en ligne lecteur rfid radio diffusion télé diffusion sont météo microphone h f radio commande de deux modèles réduits téléphonie mobile wifi bluetooth four à micro-ondes fouroux chauffage infrarouge plaques à induction gps radar l'ifi station de soudure à l'arc lampe uv de bronzage générateur de rayons x oui alors j'interromps ce listing parce que ça peut durer des plombes donc il va falloir faire des choix sinon on va se retrouver avec un épisode de plusieurs heures qui va me prendre des mois à produire et en plus il faudrait que je le découpe en dessous des peas ode pour être digest donc on va se focaliser sur six de ses systèmes les plus fréquemment utilisés dans notre quotidien à savoir la radio fm la téléphonie 4g et 5g jeu regrouperait les deux les réseaux wifi et bluetooth là aussi je regrouperait les deux le four à micro ondes les lampes uv de bronzage et les appareils générateur de rayons x et parce qu'il sera impossible d'aborder ces six technologies en une seule fois pour que ça reste digest il y aura trois épisodes celui ci pour les deux premières un troisième pour les deux suivantes et en quatrième pour les deux dernières et dans la mesure du possible je vais tâcher de donner des explications qui ne demandent pas de connaissances particulières en électronique pure et de rester plutôt focalisés sur les principes physiques de ces systèmes je pense que ça facilitera leur compréhension étant donné que l'objectif de cette vidéo c'est quand même de réaliser alors déjà si on cherche à savoir où se situent ces appareils dans le spectre en termes d'exploitation des ondes électromagnétiques voilà ce que ça donne mise à part les machines qui produisent des rayons x tous les autres appareils se situe bien évidemment dans le spectre non ionisants et si vous vous rappelez pas de la différence entre ionisants et non ionisants on va vous trouverez la réponse dans l'épisode de première partie mais avant toute chose je voudrais vous montrer un graphique également proposée par la mfr est mise à jour en juin 2020 il s'agit de l'organisation du spectre des fréquences pour la france qui démarre dans la bande vlf donc à partir de 3000 hertz et qui remonte jusqu'à la bande de hf c'est à dire 300 milliards de hertz dont chaque secteur d'activité qui exploitent ces fréquences est associé à une couleur on en trouve dix ans tout qui sont inscrits en bas et la largeur des plages colorées correspond à la couverture des fréquences utilisées c'est à dire la largeur de bande des fréquences et comme vous pouvez le constater tout cela est très dense et sérieusement encadrée parce que l'usagé des fréquences à des fins de communication est soumis à une réglementation internationale asi stricte et aussi fait l'objet de redevances pour certaines plages de fréquences ce qui sous-entend que s'il vous venait la brillante idée de concevoir en amateur un système de communication suffisamment puissante c'est à dire qu'ils portent sur plusieurs kilomètres exploitant une bande de fréquences qui est réservé à un usage bison au hasard militaire ça serait pas du tout une bonne idée mais vraiment pas du tout oui parce que vous seriez dans l'illégalité la plus totale et je précise aussi que c'est relativement facile de retrouver la position d'une source d'émissions dites pirates donc si vous pensiez pouvoir faire ça sans vous faire prendre et c'est évidemment valable pour toutes les fréquences déjà attribuées notamment la bande fm alors bien entendu si votre émetteur ne fait que quelques mini watts et n'a qu'une portée d'une dizaine de mètres ça n'est pas un problème vous ne risquez rien parce que ça ne menace a priori personne et à titre informatif voici l'organisation du spectre des fréquences radio tel qu'il est attribué aux états unis et ceci est une version datant de janvier 2016 inutile de préciser qu'il est assez différent de celui de la mfr présenté juste avant ce qui n'est pas très surprenant mais il ya quand même quelques similitudes et en monnaie que l'un des organismes qui s'occupent de l'attribution des bandes de fréquences aux différents services ayant le statut affectataire et l'union internationale des télécommunications alors techniquement ça ne sont pas des fréquences se précisent qu'ils sont distribués mais des canaux c'est à dire que le spectre est divisé un intervalle dont la largeur dépend de l'usagé choisi et avant d'aborder les deux premières technologies que j'ai évoquées je vais auparavant vous expliquer comment on transmet et on reçoit une onde radio électrique à partir d'une source que l'on produit électroniquement parce que c'est un principe de base à connaître sachez déjà que ce chapitre va sans doute être le plus long de l'épisode mais il est juste incontournable donc je vais faire en sorte de le rendre le plus digeste possible ça je vous entend donc que je vais devoir faire des choix dans ce que je considère comme importants à connaître sur le sujet parce qu'il est tout simplement impossible de tout couvrir ou de tous vous légaliser en une demi heure alors j'appelle déjà que tout en dedans la fréquence est inférieur à 300 giguère dans le spectre électromagnétique est définie comme étant une ondes de radio électrique c'est à dire que de 9 km jusqu'à 300 giguère ça nous donne des longueurs d'onde dans le vide allant de 33 km jusqu'à 1 mm c'est à dire que pour cette bande de fréquences la distance qui sépare de crête varie de 33 km pour 9 km jusqu'à 1 mm pour 300 ch kert autre chose à se rappeler mais je vais déjà abordé en détail dans le premier épisode de l'on doit ce combat j'ai dans l'espace vide à la vitesse de la lumière et sa puissance transporté sera atténuée selon la loi en car est inverse qui dit qu'une quantité physique est inversement proportionnelle au carré de la distance de l'origine de cette quantité et ça se calcule avec une formule qu'on appelle l'équation n'était le communication qui a été proposé par l'ingénieur harald friis et qui est précisément celle ci ok voyons maintenant comment produire une onde de porteuse celle là même qui nous sert à transporter des informations qu'on souhaite envoyer une certaine fréquence ou bandes de fréquences vers le récepteur et il y a immédiatement un élément essentiel dans ce processus c'est l' oscillateur alors en électronique un oscillateur est un circuit qui est destiné à produire un signal électrique périodique de fréquence fixe ou variable ayant une forme soit sinusoïdale triangulaire carrière en dents de scie ou autre temps que le signal est de nature périodiques on pourrait aussi dire que oscillateurs est une forme de convertisseur de courant continu en courant alternatif puisqu'on l'alimentent en entrée par un courant continu et qu'il en ressort une oscillation sous la forme d'un courant alternatif et des oscillateurs il en existe de plusieurs types qui ont chacun leurs spécificités leurs avantages et leurs inconvénients on peut citer l'oscillateur à déphasage rc l'oscillateur health l oscillateur à quartz l'oscillateur à résistance négative l'oscillateur de relaxation ou l'oscillateur commandes et intentions et désolé si je vous montre là que des schémas de principe de circuits pour les représenter mais je vois pas trop comment j'aurais pu faire autrement étant donné que pour un disque positif électriques ou électroniques un oscillateur n'est finalement rien d'autre qu'un circuit spécifique plus ou moins complexes utilisant toutes sortes de composants électroniques comme des condensateurs résistance inductance dieu de transistors etc je précise quand même que la notion d'oscillateurs n'est pas propre à l'électronique qu'on en trouve aussi par exemple en mécanique qui sont souvent à base de ressort il y en a un physique quantique et il y en a même en biologie avec des oscillateurs biologique qui assure la fameuse fonctions d'horloge biologique bref cet oscillateur va donc nous permettre de produire un signal électrique de haute fréquence qu'on appelle aux porteuses et qui est généralement une sinusoïde la plus pure possible pour ne contenir aucune harmonique voici un signal sinusoïdale pur vu à l'écran donne aussi le scope donc dans le domaine temporel est aussi lent à une fréquence de 100 kilowatts et bien sûr ceux signés électrique pourrait par exemple être utilisé comme porteuse pour transporter des signaux électriques de fréquences bien inférieur et quand dont leclerc va avec un analyseur de spectre donc on passe maintenant dans le domaine fréquentiel la seule chose notable est bien le pic à la fréquence de 100 kilomètres avec une excellente pureté spectrale et aucune harmonique aux alentours donc pour pouvoir utiliser cette hand porteuse dans le but de transporter des informations on va devoir la moduler pourrait combiner les informations en question auparavant convertis sous forme de sida électrique et c'est à son -6 qu'intervient agression de modulation alors pour faire simple prenez par exemple le son d'un instrument de musique joués notre oreille humaine perçoit les sons qu'il produit entre 20 hertz et 20000 hertz et lorsque ce son est capté par un microphone il est convertis en signaux électriques c'est le principe de base d'un microphone et bien la modulation est le processus qui permet de transformer ces signaux électriques de leur forme originale en une forme adaptée au canal de transmission utilisant cette porteuse celui qu'on appelle le signal ondulant par exemple revenons sur notre portefeuille de 100 kilowatts et voici un autre signal oscillant lui à une fréquence de 9 kg verte ce qui est également analogique mais qui pourrait tout aussi bien être de forme quelconque ou même numérique voici ce qui se passe quand je modules en amplitude la porteuse avec ce signal on peut voir que la forme de la porteuse évolué dans le temps sous l'influencé du signal modulant et si je change la fréquence de ce signal modulant on peut voir immédiatement l'incident ce que cela provoque sur l'ong porteuse même chose en changeant sa forme le voici maintenant sous la forme d'un signal en triangle puis maintenant car et maintenant arbitraire et ainsi de suite il est également possible de faire varier le taux de modulation de la porteuse qu'on exprime généralement un pourcentage et ce taux représente l'amplitude du signal modulée par rapport à l'amplitude de la porteuse on le voit ici je le fais varier de 0 % à 100 % et quand on observe cette fois la porteuse moduler dans le domaine fréquentiel de l'analyseur de spectre on retrouve la porteuse à 100 km au centre mais également deux bandes latérales qui représente l'occupation spectrale de la modulation en l'occurrence ici elle est de 9 kg verte puisque c'est la fréquence du signal modulant en fait l'amplitude de ces bandes dépend du taux de modulation voici ce que ça donne à 100% et voici ce que ça donne à 10% et bien entendu il est possible d'envoyer plusieurs chignon à la fois en utilisant des porteuses de fréquences différentes c'est ce qu'on appelle le principe de multiplexage en fréquence alors il existe plusieurs formes de modulation aussi bien analogique que numérique dans leur forme analogique il y à la modulation d'amplitude la modulation de fréquence et la modulation de phase avec la modulation d'amplitude longue sinusoïdale garde une fréquence constante et c'est son amplitude qui va varier au rythme du signal utile à transmettre les deux autres formes de modulation donc modulation de fréquence d'acronymes f mais modulation de phase d'acronymes pm change qu'on appelle le des modulations angulaire pour ce qui est de la modulation de fréquence l'amplitude de la porteuse ne change pas c'est par contre sa fréquence qui est modifié en fonction du signal modulant et il faut savoir que la modulation de fréquence est plus robuste que la modulation de l'amplitude pour transmettre des informations dans des conditions complexes pour ce qui est maintenant de la modulation de phase vous l'aurez compris l'amplitude de la porteuse ne change pas non plus et c'est sa phase instantanée qui varient linéairement en fonction du génial modulant on peut noter que la seule différence qui existe entre la modulation de fréquence et la modulation de phase se situe sur la dérivation du signal modulant et quand je parle de dérivation c'est au sens mathématique c'est la dérive et donc je disais plus tôt à titre informatif rassurez vous je vais pas du tout vous amener sur ce terrain là il ya aussi la modulation d'amplitude en quadrature mais c'est un type de mutilation un peu particulier qui utilise deux porteuse de même fréquence mais déphasé de 90° l'une par rapport à l'autre et c'est par exemple utilisé dans les systèmes pal et ntsc et on retrouve aussi ces trois caractéristiques en modulation numérique dans laquelle on utilise cette fois des signaux numériques et non pas analogique pour moduler longue porteuse chose importante à retenir cette porteuse doit obligatoirement exister à une fréquence beaucoup plus élevé que le signal qui servira à la moduler sinon la réception il sera un petit peu compliqué de des combinés de façon optimale cette porteuse du signal modules en est justement à la réception du signal reçu on va devoir faire l'opération inverse de la modulation c'est à dire la démodulation qui consiste à récupérer le signal informatif ou modulant à partir du signal module est reçu dans sa forme la plus simple un émetteur am fonctionnel pourrait se résumer à ça nous avons ici une ligne audio correspondant au signal à transmettre par exemple celui captée par un micro ou celui d'une sortie casque d'un lecteur mp3 et c'est cette ligne qui sera amplifié et limité dans ce blog pour obtenir le signal modulant cet autre bloc est un oscillateur haute fréquence qui est en charge de produire longue porteuse à une fréquence fixe les deux signaux sont alors envoyées dans ce bloc modulateurs am qui n'est autre qu'un mélange heures et qui va donc moduler la porteuse avec le signal modulant pour produire le signal moduler ce signal n'est généralement pas assez puissant pour être émis tel quel donc en l'amplifient et le filtre dans ce dernier bloc avant de le faire passer à travers l'antenne pour ce qui est maintenant de la réception du signal c'est un peu le cheminement inverse les ondes électromagnétiques captée par l'antenne sont transformées en un signal électrique que l'on amplifie et filtres et que l'on des modules pour retrouver le signal utile qui est l'image électrique de l'information est le moyen le plus simple d'y parvenir est d'utiliser le principe de réception à l'amplification direct montré dans ce schéma et qui consistent à amplifier directement les courants tels qu'ils sont captés par l'antenne mais cette technique n'est aujourd'hui plus vraiment utilisé car elle a pas mal d'inconvénients et on peut la considérer comme obsolète en fait depuis des années 1920 et jusqu'à encore aujourd'hui on utilise plutôt le modèle du récepteur super heterodyne dont le but est de convertir la fréquence de l'émetteur en une haute fréquence beaucoup plus facile à amplifier et pour cela il utilise un mélangeur pour produire une fréquence intermédiaire à partir d'un oscillateur locales et du signal capté par l'antenne je vais pas décrire en détail ici tout le principe de fonctionnement d'un récepteur super heterodyne voici simplement un schéma bloc qui le résume un des éléments les plus importants dans ce processus d'émission réception des ondes électromagnétiques c'est l'antenne parce que si l'antenne n'est pas du tout adapté à ce que l'on cherche à faire la qualité du signal émis ou reçus sera fortement dégradée alors concrètement une antenne c'est un conducteur électrique plus ou moins complexes qui sert à rayonner donc émettre ou à capter donc recevoir les ondes électromagnétiques dans le cas d'une émission de signal électrique en courant alternatif l'antenne ne va servir à transformer la puissance électrique de ce signal en puissance électromagnétiques dans l'espace et dans le cas d'une réception c'est tout simplement inverse et comme vous savez pas ce que vous avez vu la première partie de cet épisode une onde électromagnétique comporte à la fois un champ électrique et un champ magnétique qui aussi à la même fréquence et bien c'est uniquement la composante électrique de l'ong qui induit le courant dans l'antenne et sur un plan électrique il n'y a aucune différence entre une antenne d'émission et de réception la même antenne et soit un générateur en cas de réception soit une charge en cas d'émission il faut quand même s'assurer qu'une antenne d'émission sera en mesure de supporter la puissance électrique appliquée sans surchauffe et voir fondre parce que les niveaux de signaux en émissions sont extrêmement plus importants que ceux en réception et il ya beaucoup de paramètre qui caractérise une antenne et notamment chante i -p il existe des dizaines de types qui diffèrent par leur fonctionnement leur technologie leur géométrie etc parmi les autres paramètres qui la caractérise on a la bande de fréquence d'utilisation sont diagrammes de rayonnement sans impédance au point d'alimentation sa réciprocité sa polarisation son rendement le gain avant la puissance maximale admissible en émission sa résistance mécanique et j'en passe je pense que vous comprenez mieux pourquoi l'antenne est un élément en apparence est simple mais qui est en réalité assez complexe d'ailleurs rien n'est jamais vraiment très simple quand on cherche à développer ou concevoir des systèmes un peu évolué qui interagissent avec les ondes électromagnétiques alors cherché à vulgariser tous ces paramètres serait mission presque impossible mais il ya quand même deux choses que vous devez au moins savoir sur les antennes c'est leur bande de fréquence d'utilisation et le rayonnement à cause de la longueur d'onde des ondes électromagnétiques il y a un lien indissociable évident entre la taille d'une antenne et la bande de fréquences sur laquelle elle doit émettre ou recevoir si je prends l'exemple d'une onde ayant une fréquence de 140 5 mégahertz donkey aussi 145 millions de fois par seconde sa longueur d'onde est de 2 m 0,6 ce qui nécessiterait traditionnellement usage d'une antenne 2 millions 2,1 m 03 delon ou d'une antenne cardon de 2,50 et 1,7 cm de long en fait une antenne est ce qu'on appelle un dipôle électrique qui se comporte comme un circuit résonance est à dire qu elle est optimisée pour une fréquence ou une plage de fréquences spécifiques et sa fréquence de résonance dépend en particulier de ses propres dimensions ainsi que d'autres éléments qui lui sont éventuellement ajouté et selon la technologie et le type d'antenne qu'on choisit pour un système on peut utiliser des antennes plus petites entailles eckankar d'onde mais plus elle sera petite et plus il y aura des contraintes techniques à considérer pour faire en sorte que le rendement le gain et l'impédance de l'antenne reste convenable et pour conclure sur la partie consacrée aux antennes je vais rapidement parler de leur rayonnement alors comme son nom l'indiqué leur énoncé la façon dont l'antenne va rayonner son énergie électrique dans l'espace en d'autres termes comment cette énergie doit être distribuée est répartie cette énergie est en fait ils régulièrement concentré dans certaines directions et forme des log plus ou moins grands et nombreux le lot principal et celui permettant de caractériser la directivité de l'antenne et sert également à exprimer le gain de l'antenne par rapport à l'antenne théorique de référence qu'on appelle antenne isotrope cette antenne isotrope est un modèle l'antenne idéal qu'il serait impossible à fabriquer tout simplement parce qu'elles rayonnent parfaitement et uniformément dans toutes les directions et sur les trois axes et c'est juste physiquement impossible dans notre monde réel c'est pour ça qu'on parle d'elle comme d'une antenne théorique servant de référence pour les calculs des antennes physiques pouvant réellement être mise en pratique pour visualiser le rayonnement d'une antenne en émission on utilise un diagramme polaire qui permet de représenter graphiquement la distribution angulaire de son intensité de radiation quand on leur présente en deux dimensions on a ici à gauche un diagramme horizontale donc c'est un petit peu comme si on regardait du dessus et à droite un diagramme verticale donc comme si on regardait du côté et avec suffisamment de données on peut obtenir une représentation en trois dimensions ce que je vous montre dans cet exemple là c'est le diagramme de cette antenne isotropique théorique est bien quand on observe son diagrammes de rayonnement on constate qu'il est parfaitement circulaires avec un gain de 0 db y est projeté en 3d ça donne nécessairement une sphère en comparaison voici par exemple le diagramme de rayonnement du dipôle avec l'antenne qui est schématiser ici au centre et on peut constater que le dipôle rayonne essentiellement sur ses côtés de façon symétrique vues en trois dimensions ce n'est plus une faire comme l'antenne isotrope mais un tort sur l'ex duquel se trouve le dit paul autre comparaison rapide voici maintenant le diagramme de rayonnement d'une antenne râteau dit à guy et si vous êtes déjà familiers avec cette antenne c'est parce qu'elle trône sur le toit de la plupart des maisons c'est une antenne directrice qui présente un log principales situées dans son axe et plusieurs lobes secondaires dont le nombre et la forme dépendent du nombre d'éléments directeur de l'antenne et par élément j'entends les multiples branches qui la composent deux au minimum et ça peut aller jusqu'à 24 en tout cas vous l'aurez compris chaque antenne possède son diagrammes de rayonnement qui lui est propre peu importe sa taille et parmi les phénomènes physiques notable non négligeable dans certains cas d'utilisation d'antenne notamment dans la bande la chef il ya ce qu'on appelle l'effet de sol en fait il faut savoir que le seul peut constituer une masse plus ou moins conductrice qui aurait tendance à réfléchir les ondes électriques donc les renvoyer vers l'antenne et pour une antenne relativement proche du sol ça peut avoir l'effet indésirable de perturber son rayonnement car les ondes réfléchies viennent alors ce combiné aux hommes rayonner donc pour paddy à ça il faut que l'antenne soit installée à une hauteur égale à plusieurs fois la longueur d'onde pour laquelle elle a été prévue bon je pense qu'on peut s'arrêter là pour ce chapitre même si encore un milliard de trucs que j'ai pas pu aborder passons maintenant à quelques explications sur les 3 premiers systèmes que j'ai évoqué tout à l'heure et qui exploitent ces ondes électromagnétiques et on commence par la radio fm alors déjà je voudrais relever qu'il ya un petit problème de terminologie quand on parle de bande fm à propos de la radio fm parce que fmc l'acronyme anglais de modulation de fréquence et on peut faire de la motivation fréquences dans toutes les bandes de fréquences du spectre des ondes radio par exemple les synthétiseurs fn font de la modulation de fréquence dans le spectre audible et d'ailleurs je vous le montre avec un petit extrait musical de quelques secondes que j'ai fait pour l'occasion et qui n'utilise que de la synthèse fm simulée par des synthétiseurs virtuel [Musique] oh voilà et par extension co signal électrique quel qu'il soit qu'il représente du son des données ou des images vidéo peut être transmise par modulation de fréquence qui inondent porteuse je les ai déjà évoqué aux précédents chapitres donc cette appellation pour ladite radio fm est plutôt un abus de langage mais bon c'est rentré aujourd'hui dans le langage courant est maintenant on vous le savez il faut savoir que la radio fm est encore aujourd'hui en 2022 une des plus écoutées par le public international elle exploite la gamme de très hautes fréquences c'est-à-dire vhf en anglais et cette bande de fréquences se situe entre 87,5 et 108 mégahertz certains pays utilisent aussi d'autres bandes de fréquences complémentaires notamment en europe de l'est au japon et aux etats unis cela étant dit la technologie digital audio broadcasting donc acronyme date plus commencent à remplacer petit à petit la radiodiffusion effet pas travers le monde et depuis 2018 on constate qu'il y a de plus en plus de récepteurs da plus chez les particuliers alors maintenant en quoi consiste cette radio diffusion fm en termes de données transmises mais déjà il faut savoir que la porteuse est modulé en fréquence par un signal en bande de base pour schématiser un signal en bande de base est un signal pour intégrer des fréquences proche de zéro par rapport à sa fréquence la plus élevée d'ailleurs une onde sonore peut être considérée comme un signal en bande de base puisqu'elle se situe entre 20 hertz et 20000 hertz du coup la modulation de la porteuse par ce signal en bande de base entraîne automatiquement le déplacement de ce signal à des fréquences beaucoup plus élevé que ce qu'il était à l'origine mais finalement la bande passante nette égale que à la fréquence la plus élevée du signal original et aux débuts de la radio diffusion fm donc du milieu des années 30 jusqu'au milieu des années 50 ce signal électrique n'était qu'un simple signal audio monophonique dans la bande passante était de 15 kg art c'est à dire 75-62 la gamme de fréquences audibles mais au fur et à mesure de son évolution est notamment avec l'intégration de la stéréo fini et d'un petit peu plus tard un système d'information qui s'appelle rds et sur lequel je vais revenir dans un instant il est devenu un signal multiplexé permettant de tout transmettre à travers un seul support la méthode choisie consiste à moduler la porteuse en fréquence par le spectre composite représenté ici le signal mono principal qui se trouve entre 0 et 15 km c'est la somme des voix à droite plus gauche la différence gauche - droite est transposée dans la bande 23 à 53 km par modulation d'amplitude à deux bandes latérales avec suppression de la porteuse pour améliorer le rapport signal sur bruit plutôt que de transmettre cette sous porteuse de 38 kg et on transmet une sous porteuse pilote de 19 kg verte inaudible et de faible amplitude ayant ses passages à zéro en même temps que la sous porteuse fictives nous avons ensuite les informations du rds transmis sous forme numérique via une sous porteuse à 57 kg 1 ce module et puis supprimée petite parenthèse concernant ce protocole rbs sans trop non plus rentrer dans le détail sinon on risque de se retrouver hors du scope de cet épisode voici quand même ce qu'il faut savoir à son sujet le rds qui est l'acronyme anglais pour radio data system est un protocole de communication de données numériques transmise conjointement aux signaux audio de la bande radio fm ce mode de communication est conçu autour d'une dizaine de services qui permettent par exemple d'indiquer à l'auditeur le nom de la station reçu ou encore du texte libre pour le nom de l'artiste de la musique ou de l'émission en cours de diffusion etc je vous ai résumé sur cette page la liste des principaux services utilisés à ce jour par contre je ne rentrerai pas ici dans le détail de leur structuration binaire ni de la façon dont ils sont encodés en revanche ce qui est intéressant à savoir c'est que les données numériques modules d'une sous-porteuse à 57 kg et qui n'est autre que la troisième harmonique du signal pilote à 19 km de plus la version 2 du rds de 2018 offre la possibilité d'augmenter encore le débit de transmission avec trois autres sont porteuses 65 71 points 25 et 76 kg hearts et au niveau de la puissance électrique requise pour que des stations radios puissent émettre leurs programmes d'annaba fm on est sur des valeurs qui varie entre 10 watts et 10000 weight et certains fabricants comme rothen schwarz propose même des systèmes pouvant aller jusqu'à 4 émetteurs de 10 kilowatts dans une même b avec un système de refroidissement liquide et pour ce qui est de la porter c'est un peu plus compliqué a estimé parce que ça dépend de plusieurs facteurs comme par exemple la hauteur d'installation de l'antenne son gain l'environnement et des reliefs qui sont tout autour mais également de la sensibilité du récepteur et de son antenne et dans ce tableau j'ai inscrit la porte est approximative des émetteurs fm selon leur puissance et vous pouvez constater qu'avec un émetteur d'une puissance de 10 kilowatts on peut théoriquement obtenir une portée de 200 km environ mail usage de relais radio électriques implantés à travers le territoire va permettre d'étendre la couverture de radiodiffusion de ses stations fm puisque ce maillage de relais est destiné à retransmettre à partir d'un point rouge ces signaux qu'ils reçoivent selon des fréquences déterminées et au cas où vous vous poseriez la question à partir du site internet cartoradio il est possible de connaître la position et des informations et mesures détaillées de l'ensemble des sites radioélectriques implantés en france et cette base de données visuelles est d'ailleurs mise à jour régulièrement alors en termes de mesures de champs électriques ça nous donne quoi et bien la législation française impose une valeur limite d'exposition de 28 volts par mètre à dix mètres d'une antenne qui aimait entre 10 et 4 100 méga hertz à 1 mètre 50 au dessus du niveau du sol et 28 volts par mètre a dit m ça fait une puissance isotrope rayonner équivalente donc l'acronyme pays re2 2614 watts alors pour faire simple la pays à reus exprime en watts et c'est la puissance électrique appliquée à l'antenne x sanguin en des pays donc par exemple une antenne à laquelle on applique 15 watts de puissance électrique et qui a un gain de 12 des pays eh bien ça nous donne une puissance isotrope brionnais qui valente de 180 watts voilà j'arrête là pour ce qui est de la radiodiffusion elf m et on enchaîne maintenant avec la téléphonie mobile 4g et 5g alors je pense qu'il est inutile de rappeler que 4g et 5g signifie qu'il s'agit de la quatrième et cinquième génération de communication mobile mais je n'ai pas prévu pour autant de parler des précédentes étant donné qu'elles sont complètement obsolète aujourd'hui et dans ce chapitre je vais d'abord vous expliquer comment fonctionne la téléphonie mobile 4g et je ferai ensuite une passe sur ce qui fait les spécificités de la salle g et les réelles différences qu'il ya avec la 4g et je terminerai ensuite en entérinant la question des ondes liées à la singer qui font tant polémique dans une partie de l'opinion publique et pour les ayatollahs des technologies de téléphonie mobile rappelez vous que c'est une vidéo de vulgarisation ça n'est pas en cours donc oui je vais prendre des raccourcis pour tenter d'expliquer des points techniques qui ne sont pas simples à vulgariser ça fait partie du jeu c'est donc entre 2009 et 2013 que le réseau mobile 4g a été déployé sur la plupart des pays et qui a permis de proposer des débits qui surclasse très largement ceux obtenus avec la 3g mais aussi permis de démocratiser les usages de l'internet mobile sur smartphone c'est un petit peu l'avènement du très haut débit mobile la 4g est basé sur la norme lte et eux et par rapport aux précédentes générations il y à deux évolutions techniques importantes qui font la différence en les appels vocaux passer désormais par internet via des serveurs et en deux le réseau 4g a recours aux multiplexage ce qui permet de faire passer différents types de signaux par un seul et même canal et à partir de 2015 cette norme lte et le a évolué en l2 advance de mon essence à la kadji plus dans laquelle les performances des antennes relais ont été grandement améliorée parce que le système permet désormais l'utilisation simultanée de plusieurs fréquences pour accroître le débit de données par exemple là où on se situe en 4g entre 75 et 150 megabit par seconde on est plutôt en quête gpus entre 220 et 350 megabit par seconde en fonction du type et du nombre de fréquences à ériger je précise quand même que ce sont des débits maximum théorique mesurer à la bombe et que ça ne se vérifient absolument pas en pratique ah oui parce qu'en pratique il ya quand même pas mal de facteurs qui ont une influence sur le débit effectif comme par exemple la largeur de la bande passante où la distance réelle qu'il ya entre l'antenne relais est le smartphone ou encore les interférences qui sont dues aux obstacles ou bien le nombre d'utilisateurs qui se partagent la bande passante au sein d'une même cellule et c'est pour ce qui est de l'attribution des fréquences de la 4g et la kadji plus c'est très dépendants des opérateurs téléphoniques par pays même si ça se recoupent souvent d'un pays à l'autre donc je ne parlerai que du pays que je connais le plus c'est-à-dire le mien bon de toute façon on va pas s'attarder là dessus ce n'est pas ce qui est le plus intéressant à connaître par rapport à la 4g voici juste à quoi ressemble l'attribution des fréquences de la 4g en france entre les quatre principaux opérateurs téléphoniques et c'est quelque chose qui est amenée à évoluer puisque l'autorisation aux opérateurs de l'utilisation des fréquences par l'arcep est limitée dans le temps auquel jetons maintenant un rapide coup d'oeil sur la composition d'une antenne relais de téléphonie mobile alors en fait une antenne relais est également appelée stations de base et contient généralement plusieurs antennes cellulaires ces stations sont installés sur des bâtiments des châteaux d'eau des silos ou autres infrastructures et également sur des pylônes qui sont en soi déjà existants soient construits pour l'occasion chaque antenne relais est composée d'antenne panneaux d'une hauteur comprise entre 1 mètre et 2 mètres 80 et d'antennes perche d'une hauteur comprise entre 20 et 80 cm au niveau de leur support on utilise un mât de 1 à 5 m ou un pylône et de six à douze mètres pour les bâtiments château d'eau et si l'eau est si aucun support existant ne peut être utilisée on se sert d'un pylône d'une hauteur d'environ 30 mètres et à proximité des antennes il ya toujours une armoire électrique pour fournir la puissance une armoire d'équipements et de transmission radio ainsi que des câbles reliant les antennes on matériel électrique et ses armoires sont souvent placées dans un local sécurisé avant de passer au sujet de la scène j'ai et de conclure ensuite l'épisode je vais auparavant vous présenter brièvement la composition électronique d'un smartphone 4g parce que c'est un outil qui a tellement pris une place importante dans la vie de la plupart des gens qui serait dommage de ne pas au moins montrer et expliquer son anatomie et pour ça je vais décortiquer ce modèle de smartphone huawei p30 light sorti en 2009 celui ci est en panne mais il est encore assez représentative de ce qui se fait aujourd'hui à l'entrée de gamme attention cette fois contrairement à ce que je fais habituellement ça ne va pas être une alise intégrale des composants je vais juste vous dévoiler en deux minutes les principaux éléments qui composent d'un smartphone de ce genre donc après avoir retiré la batterie voici l'écran lcd que j'ai séparé de sa plaque de verre et sa couche tactile le capteur d'empreintes digitales capacitif se présente comme ça il n'y a pas encore de composants visible parce que la circuiterie se trouve sous les compartiments à gauche et à droite on peut déjà rentrer apercevoir ici de micros mems ce qui capte la voix voici le port usb ceci est le câble coaxial d'antenne reliés à la carte mère et on a ici la prise jack écouteurs voici le haut parleur driver inférieur le vibreur et on va maintenant regarder du côté de la carte mère je déconnecte et retire le bloc des 3 capteur de l'appareil photo même chose concernant le capteur de la caméra frontale la carte mère comporte des centaines de composants et des dizaines de circuits intégrés enfermé dans ses blindages en aluminium que je vais découpé pour vous les montrer et ses blindages leur servent à être protégés des perturbations électromagnétiques cette première phase regroupe le connecteur de cartes sim et les principaux circuits intégrés mais l'autre côté en contient tellement qu'il serait trop long de tous les passés en revue voici également à quoi ressemble le capteur de proximité et celui de luminosité ambiante et enfin le haut parleur supérieur celui qui est collé à l'oreille voilà globalement ce qu'on peux t'en dirai garder à l'esprit que chaque smartphone à une architecture qui lui est propre passons maintenant à la singer et je vais dans un premier temps vous expliquer ce qu apporte de plus cette cinquième génération par rapport à la précédente mais aussi parlé de leurs différences fondamentales la singer a été pensé pour devenir une technologie de rupture s'adressant aussi bien au grand public qu'aux professionnels des grands secteurs économiques les huit indicateurs clés suivants marque une réelle évolution technologique par rapport à la 4g tout en gardant à l'esprit qu'il ne sera pas possible de tous les rendre effectifs à un même instant t pour parler maintenant des usages de la singer et réutiliser ce graphique en anglais que j'avais trouvé plutôt complet en fait on y trouve trois catégories la première comprend les communications ultra fiable et à faible latence la seconde permettra de connecter des objets très densément répartis sur le territoire ce qui est nécessaire à l'augmentation potentielle du nombre d'objets connectés le fameux internet of things et la troisième catégorie permettra une connexion ultra rapide en haut débit nécessaire à certaines applications et services plutôt orienté grand public et pour y parvenir ça passe par un renouvellement de la plupart des composantes techniques de la chaîne de communication je vous en effet le listing ici on peut notamment mentionner le bim forming qui permet de focaliser le faisceau d'ondés électromagnétiques sur une zone donnée et donc de diriger le signal radio uniquement vers les utilisateurs quand ils en ont besoin et ça va de pair avec les antennes mimo mdm au qui intègre des grille d'antenne miniature pour permettre cela maintenant abordons un sujet un peu épineux qui fait polémique depuis un certain temps déjà et qui concerne la potentielle dangerosité des ondes produites par les antennes 5 g je pense que vous en avez tous déjà entendu parler et pour aborder objectivement à cette notion de dangerosité je vais dans un premier temps le faire par rapport à l'ensemble du spectre électromagnétique et convergés ensuite progressivement vers les ondes radioélectriques et plus précisément les micro ondes puisque la scène j'ai en fait partie mon objectif maintenant va être d'appliquer un raisonnement que tout le monde doit pouvoir suivre pour bien comprendre la finalité de la démonstration est ce qui me vient tout de suite en tête quand je pense à quelque chose qui pourrait couvrir l'ensemble du spectre électromagnétique c'est le soleil notre soleil qui est au centre du système solaire c'est le sujet parfait pour refuser en explications notre soleil et met donc continuellement une infinité d'ondés électromagnétiques répartis sur tout le spectre et se déplaçant à la vitesse de la lumière pour atteindre la terre en un peu moins de huit minutes leur longueur d'onde varient d'un 100 milliardièmes de mm à plusieurs dizaines de kilomètres sachant que les plus courtes donc celle des rayons gamma des rayons x et des ultraviolets extrêmes sont les plus agressives et véhicule tellement d'énergie kallio knees les atomes de la matière qu'elle traverse mais fort heureusement pour nous celles ci sont bloqués par l'atmosphère terrestre sinon ils ne pourraient tout simplement pas y avoir de formes de vie sur terre alors je vais pas revenir ici en détail sur des notions que j'ai très largement développé dans le précédent épisode à propos du spectre électromagnétique je rappellerai juste que toutes les ondes électromagnétiques sont constitués de photons qui transporte de l'énergie et que cette énergie se mesure en électrons volts et je rappelle surtout que l'énergie d'un photon est inversement proportionnelle à sa longueur d'onde c'est une relation de base de la mécanique quantique qu'on appelle la relation de planque à stein salle aussi donc dire que plus la fréquence du nom est élevé et plus les photons qui la forment transporte de l'énergie rappelez vous bien de ça et chose importante à garder l'esprit c'est que plus cette énergie est grande plus elle comporte des risques pour les êtres vivante et en particulier au niveau de la dégénérescence de leur cellule renault maintenant un instant sur l'illustration du spectre électromagnétique en rapport avec les différentes radiation émise par le soleil mais cette fois avec l'échelle des valeurs de l'énergie photonique par omb et comme vous l'aurez compris l'énergie de ses fautes ont grandi en fonction de la fréquence de l'ondé électromagnétique pour atteindre des valeurs astronomique quand on est au niveau des rayons gamma avec au bout du spectre jusqu'à un quadrillion d'électronvolts donc pour ce qui est du rayonnement ionisant on sait que ces ondes véhiculent l'énergie suffisante pour potentiellement modifier la structure des atomes de la matière et les transformer en lion et c'est ce qui les rend instable et on sait pourquoi parce qu'on peut physiquement l'observer il n'y a plus aucun doute là dessus ça a été observée est mesurée et cantona tome est instable soit par nature soit après contact avec ce type de rayonnement ils cherchent à se stabiliser en invitant à son tour du rayonnement alpha beta x ou gamma et vous allez expliquer ça dans l'épisode précédent et aussi dans celui que j'avais fait sur la radioactivité là c'est juste un rappel les ultraviolets extrêmes donc les uvc font partie de ce rayonnement ionisant leur énergie va de 10 à 124 électron volt mais ils sont en théorie complètement filtrés par la couche d'ozone de notre atmosphère en revanche bien que les ultra violet ne fasse pas partie de cette classification ionisantes leur énergie est encore suffisamment importante pour infecter l'épiderme et le cristallin voire même le derme pour ce qui est des uv a et en plus ils ne sont que très partiellement filtrés par l'atmosphère et à partir de là nous sommes en dessous des ultraviolets un niveau d'énergie photonique qui est compris entre 1,7 et 3,3 électronvolts ce qui n'est déjà plus suffisante pour altérer l'adn de n'importe quel organisme et pourquoi et bien tout simplement parce qu'on est dans le spectre de la lumière visible alors comme vous le savez la lumière visible constituent la majeure partie du rayonnement émis par le soleil et nous permet de distinguer les formes et les couleurs du violet au rouge et a aussi un rôle fondamental dans la photosynthèse et je sais pas si vous imaginez mais les longueurs d'onde de la lumière visible vont de 380 nanomètres à 780 nanomètres jacky fait qu'elles couvrent des fréquences allant de 385 à 788 térahertz et 385 térahertz est donc une fréquence mille fois plus importante que les 3,8 gigahertz de la scène j'ai déjà ça devrait vous mettre un petit peu la puce à l'oreille mais je vais continuer parce qu'on n'a pas encore atteint les ondes radio et en dessous du spectre visible nous avons les infrarouges qui vont points 100 giga hertz et jusqu'à 3 185 térahertz ils sont invisibles à l'oeil nu mais on peut les voir avec des capteurs ou des caméras infrarouges est ce réellement eddy calorifique parce que ils véhiculent la chaleur et quand vous êtes exposés au soleil et que vous avez chaud c'est son rayonnement infrarouge que vous ressentez et rien de plus et certainement pas son rayonnement ultra violet qui ne donne aucun ressenti comme d'ailleurs tout le reste du spectre et nous voici maintenant au niveau du spectre des ondes radioélectriques qui se termine à 300 gigahertz et qui descend jusqu'à 0 hertz et c'est celui qui nous intéresse le plus dans cet épisode alors je rappelle au passage que les ondes de radio émise par le soleil sont exactement de même nature que nos dispositifs électroniques utilisés en radiocommunications elles sont juste beaucoup moins nombreuses mais elles ont exactement la même énergie photonique dans cette partie du spectre nous avons une bande de fréquence appelé les micro ondes qui vont de 300 méga hertz jusqu'à 300 gigahertz et tout à l'heure en début d'épisode et je vous ai montré une frise de la mfr qui montre l organisation de fréquences et vous avez pu voir que dans cette bande là il y a beaucoup de systèmes de communications radio et notamment la téléphonie mobile et à 300 méga hertz l'énergie des photons et de 1,2 fois dix exposants - 2/6 et les combes holt quand on écrit ça donne 0,00 0,00 12 électronvolts à 60 gigahertz cette énergie est de 1,2 fois dix exposants - trois électrons volts c'est à dire 0,01 0,12 elle est convoquée c'est très très faible vous comprenez donc à ce stade pourquoi les micros ne seront jamais en mesure de perturber la matière cependant les micro-ondes ont une particularité c'est que par un phénomène de résonance elles sont en mesure de mettre en mouvement les molécules d'eau ce qui a pour conséquence de provoquer un réchauffement et je vous apprendrai rien j'espère en vous disant que l'ensemble des organismes vivants sur notre planète est essentiellement composé de molécules d'eau en fait le champ électrique des micro-ondes va avoir tendance à modifier partiellement l'orientation des molécules d'eau et cela de façon assez soutenu donc ça va provoquer des rotations des molécules sur elle même ainsi que des collisions avec les molécules avoisinantes et cette énergie de rotation va être transformée en énergie calorifique c'est précisément le phénomène qui exploite le four à micro ondes fait 2 milliards quatre cent cinquante millions de fois par seconde mais pour ça il a besoin de beaucoup de puissance électrique plusieurs centaines de watts sinon ça ne fonctionne pas assez et c'est là qu'on en vient la notion de puissance électrique pour qu'il y ait ce phénomène de réchauffement il faut que l'intensité du champ électrique de ces micro-ondes soient suffisamment élevés et à l'intérieur même de l'enceinte d'un four à micro-ondes en fonctionnement l'intensité du champ électrique et de plusieurs centaines de vols par m ça dépend évidemment de la puissance utilisée mais saison de rayonne dans un compartiment qui a les mêmes propriétés qu'une cage de faraday et dans lesquelles elles doivent rester confinées étant donné que le champ électrique perd de son intensité avec la distance et c'est maintenant que je peux faire le lien avec une antenne 100g une antenne singer en émission est un générateur directionnelle de micro ondes qui pour le moment rayonne entre autres entre 3,4 et 3,8 gigahertz et qui plus tard exploitera aussi la bande de 26 guerre sauf que comme je voulais expliquer quand j'évoquais précédemment la technologie du bim forming de la salle g le fait de faire converger ces micro-ondes vers un smartphone en particulier requiert moins d'énergie que le rayonnement d'une antenne 4g qui est beaucoup moins directionnelle donc contrairement à ce que l'on pourrait penser d'un point de vue électrique le rayonnement 1,5 g est beaucoup moins énergivores par contre ça nécessite la présence de beaucoup plus d'antennes installées dans l'environnement et aussi parce que la portée du signal radio électrique est plus courte mais dans tous les cas de figure les autorités sanitaires impose qu'on ne peut pas dépasser la mesure maximum de 61 volts par mètre au delà d'un rayon de 10 mètres autour de n'importe quelle antenne relais qu'elle soit 4g singer radiodiffusion ou télédiffusion et il suffit d'aller voir toutes les mesures publiques effectuées quotidiennement par les agents de la mfr et en particulier dans les zones urbaines là où la concentration d'antenne est la plus importante pour se rendre compte que on est très en dessous de ce seuil et rappelez-vous ce que je vous disais en début d'épisode avec une table de cuisson à induction on peut mesurer un champ électrique d'environ 30 vols par m à cinquante centimètres de la source ça n'a rien de choquant pour un appareil de ce type là et ça se passe dans votre cuisine en conclusion je vous ai fait la démonstration objective qui permet de comprendre pourquoi le rayonnement est et trop magnétique de centaines singer n'a rien d'extraordinaire ni de hors norme ni d' inquiétante d'un point de vue sanitaire est ce qu'il faut retenir c'est que l'énergie de leur faute on est particulièrement faible et que l'intensité du champ électrique au delà d'une dizaine de mètres autour de l'antenne n'est pas suffisante pour exciter les molécules d'eau et provoqué un phénomène de réchauffement après oui c'est sûr que si vous posez la main sur une antenne dans les 4 g ou singer en fonctionnement vous allez vous voulez mais à moins d'être complètement idiot personne ne fait ça voilà j'en ai terminé avec cette seconde partie sachez qu'à demander un gros effort pour la produire donc si vous l'avez apprécié merci d'y mettre un pouce vers le haut et un commentaire pour qu'elle soit repéré par l'algorithme de youtube dans le but de la suggérer à davantage de gens dans cette série de vulgarisation dédié aux ondes il reste encore deux autres épisodes à publier et ils le seront prochainement mais leur durée sera nécessairement beaucoup plus courte que cet épisode 6 parce que on va essentiellement se focaliser sur deux technologies par épisode ça va donc les rendre un peu plus conventionnel et d'ici là portez vous bien et à très bientôt ciao [Musique]