5G: Les prévisions météorologiques menacées par un brouillard d’interférences

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04/01/2021
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5G : La multiplication des applications de radiofréquences provoque des conflits d’usage. Un radar chinois a récemment aveuglé un satellite d’observation de la Terre et la 5G, en phase de déploiement, pourrait dégrader la qualité des prévisions météo. Par Denis Delbecq Publié le 08 février 2021 à 18h30 – Mis à jour le 09 février […]

Auteur

Catherine Gouhier

5G : La multiplication des applications de radiofréquences provoque des conflits d’usage. Un radar chinois a récemment aveuglé un satellite d’observation de la Terre et la 5G, en phase de déploiement, pourrait dégrader la qualité des prévisions météo.

Par Denis Delbecq

Publié le 08 février 2021 à 18h30 – Mis à jour le 09 février 2021 à 09h56

Qu’arrive-t-il donc au satellite SMOS de l’Agence spatiale européenne (ESA) ? Lancé fin 2009, il captait inlassablement d’infimes signaux naturels qui trahissent l’humidité des sols et de la végétation ainsi que le taux de salinité ou la présence de glaces fines à la surface des océans. Des informations précieuses pour l’agriculture, les géosciences et la prévision du temps. Elles nourrissent d’ailleurs le Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme de Reading (ECMWF), en Grande-Bretagne.

Les satellites d’observation passive captent souvent des interférences provenant d’installations au sol. Les scientifiques s’en accommodent en général, comme c’était le cas depuis 2010 pour SMOS au-dessus de la Chine continentale, une région réputée pour son niveau élevé d’interférences.

Mais à partir de début juillet 2020, le parasitage a connu une envolée spectaculaire et inédite : à chaque passage, tous les deux jours, SMOS s’est retrouvé aveuglé – ses capteurs saturés –, incapable de livrer la moindre information, et dans une vaste région au-delà de la Chine. « Pendant la période juillet-octobre 2020, ces interférences ont affecté une large zone allant de la Corée à la Thaïlande et aux Philippines », confirme Yan Soldo, responsable de la gestion des fréquences à l’Agence spatiale européenne.

La bande « L » réservée aux astronomes

Comme son homologue SMAP lancé par la NASA en 2015, SMOS scrute une gamme de radiofréquences – 1 400 MHz à 1 427 MHz – au sein d’une bande de micro-ondes dite « L ». C’est aussi celle qu’utilisent les radioastronomes pour épier la présence d’hydrogène dans le Cosmos. C’est d’ailleurs pour l’astronomie, à l’origine, que la bande L fait l’objet d’une interdiction d’émettre gravée dans le marbre d’un règlement de l’Union internationale des télécommunications (UIT), afin d’éviter d’éventuels brouillages.

 

Dans le cas de SMOS, de telles perturbations ont eu des retombées sur les météorologues, même si elles sont difficiles à chiffrer. « Le centre de prévision de Reading a clairement remarqué l’impact de ces interférences qui ont affecté un grand nombre de données de SMOS », explique Yan Soldo. « Les données d’humidité du sol sont très importantes pour la prévision des températures, notamment en été, rappelle Stephen English, responsable du traitement des données à Reading. Les prévisions à court terme reposent d’abord sur des mesures locales. Mais pour la prévision à moyen terme, à partir de trois jours, nous utilisons des données et des modèles globaux. Perdre des informations sur une région du globe a forcément des répercussions sur la qualité des prévisions ailleurs. »

Pour quantifier les signaux, les scientifiques déterminent ce qu’ils appellent la température de brillance, définie en kelvins (K) – l’unité de température absolue –, une grandeur caractéristique des sources de rayonnement.

Rendues obsolètes par le réchauffement, les normales climatiques vont changer

SMOS et SMAP mesurent d’ordinaire des valeurs assez « froides » : « En moyenne, dans les gammes de fréquences étudiées, l’océan se comporte comme une source à 100 kelvins ; les sols émettent autour de 250 K », indique Paolo de Matthaeis, président du comité technique pour l’attribution des fréquences en télédétection de la Société de géoscience et de télédétection de l’IEEE, une société savante. Ce sont les niveaux et les variations de ces températures qui permettent de calculer le taux d’humidité des sols et la salinité des océans, entre autres.

Puissant phare de micro-ondes

A partir de juillet 2020, le territoire chinois s’est donc mué en un puissant phare de micro-ondes, autour de 1 400 MHz – plus précisément vers 1 410 MHz, selon les données mieux résolues de SMAP que nous avons pu consulter. « Nous avons constaté des interférences dépassant le million et demi de kelvins !, s’insurge Yann Kerr, du CNES, le responsable scientifique et l’instigateur de la mission SMOS, qui travaille au Centre d’études spatiales de la biosphère (Cesbio) de Toulouse. On s’approchait de niveaux menaçant l’intégrité des capteurs. Nous avons parfois subi de fortes interférences, mais jamais à ce point ! »

 

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L’émetteur chinois, baptisé CN006 par les Européens, pointe son faisceau en direction de Taïwan. GOOGLE EARTH

Ainsi, depuis 2009, quatre radars de l’OTAN basés en Islande ont pu être réglés pour ne pas dépasser 1 350 MHz – du moins en temps de paix. Des vestiges du Distant Early Warning américain, installé dans les années 1950 en Alaska, dans l’Arctique canadien et au Groenland pour repérer d’éventuels bombardiers stratégiques et missiles intercontinentaux soviétiques, ont aussi été priés de modifier leur fréquence.

Au-dessus du Japon, SMOS reste gêné par des récepteurs de télévision par satellite défectueux, fixés sur les toits. « Leur électronique utilise une fréquence qui n’est pas censée rayonner vers l’extérieur, mais il y a des fuites, confirme Eric Fournier, de l’Agence nationale des fréquences (ANFR), l’institution chargée de la gestion du spectre en France. Il existe de nombreuses sources de rayonnement : même les antennes râteau de la télévision hertzienne rayonnent, tout comme nos box Internet. Au Japon, c’est en voie de résorption. Nous recevons souvent des plaintes à propos de la bande L, mais en général, cela se passe bien avec les pays concernés. »

Bien évidemment, les responsables de SMOS ont protesté. L’ESA, propriétaire du satellite, a demandé à la France, qui la représente, de signaler le trouble. C’est l’ANFR qui s’en est chargée, par le biais de la plate-forme de signalement de l’Union internationale des télécommunications.

La Chine a-t-elle réagi ? « Nous ne communiquons pas sur les procédures en cours pour ne pas entraver les démarches mises en œuvre pour aboutir à une solution », répond Gilles Brégant, le directeur général de l’ANFR. « A ma connaissance, il n’y a pas eu de réponse, affirme Yann Kerr. Nous avons aussi contacté des collègues de l’agence spatiale chinoise, sans résultat. C’est pour cela que nous avons décidé de rendre l’affaire publique en dévoilant la localisation du fauteur de trouble. » Côté américain, David Levine (NASA), le responsable du satellite SMAP, se contente de nous expliquer « avoir aussi constaté une forte source l’été dernier qui a parfois rendu les observations impossibles ».

Officiellement, « la source n’a pas encore été identifiée », nous indiquait Yan Soldo fin décembre 2020. Pourtant, la localisation GPS de cet émetteur, baptisé CN006 par les Européens, est indiquée noir sur blanc sur le blog du Cesbio depuis le 10 décembre : 119,127° Est, 30,28° Nord, obtenue par les opérateurs des deux satellites, à quelques centaines de mètres près.

 

 

Un radar de type militaire

Les niveaux d’interférences ne laissent guère de doute, comme nous l’a confirmé un ingénieur de l’industrie aéronautique et spatiale qui tient à garder l’anonymat : « Une telle luminosité ne peut provenir que du dérèglement d’un puissant radar ; l’installation ressemble au Cobra Dane américain », énonce-t-il, chiffres à l’appui. Les images de Google Earth montrent en effet ce qu’on appelle une « large antenne réseau à commande de phase » (LPAR, en anglais). Un radar fixe d’environ 20 mètres de diamètre, capable d’émettre un puissant faisceau balayant un champ global d’environ 240 degrés, avec une portée estimée à plusieurs milliers de kilomètres.

« On ne pourra jamais trancher entre l’hypothèse d’un dysfonctionnement et celle d’un brouillage intentionnel » Paolo de Matthaeis

« Ce type de radar militaire à longue portée permet de détecter des missiles et de surveiller les objets en orbite : les débris, les satellites civils et, bien sûr, les satellites espions », explique Brian Weeden, directeur des programmes de la Secure World Foundation, une fondation privée américaine qui produit régulièrement des études sur les capacités militaires ciblant les satellites. « L’installation que vous évoquez est en activité depuis au moins 2014 ; c’est l’un des cinq LPAR que nous avons identifiés en Chine, confirme Sean O’Connor, analyste au sein de la firme de renseignement Janes. Il pointe vers le sud-sud-est, en direction de Taïwan, et fait probablement partie du réseau militaire de détection à longue portée que la Chine est en train de construire. Mais il pourrait aussi s’agir d’une installation de brouillage de satellites. »

 

La discrète mais irrésistible ascension de l’industrie spatiale chinoise

Paolo de Matthaeis, qui a eu accès aux données de SMAP, précise, courbes à l’appui : « On relève de forts signaux, observés essentiellement au sud de cette source – ce qui confirme qu’elle émet dans cette direction. Comme leur fréquence est instable, cela évoque un dysfonctionnement. Mais on ne pourra jamais trancher entre cette hypothèse et celle d’un brouillage intentionnel. »

Contactée pour savoir si les autorités chinoises entendent corriger leur installation, l’ambassade de Chine à Paris n’a pas répondu à nos questions. Après avoir commencé à diminuer en novembre 2020, les interférences sont revenues à un niveau plus bas depuis décembre – environ 20 000 K selon les données que nous avons pu consulter. Cela représente néanmoins une puissance rayonnée 120 fois supérieure à celle des 6 000 K constatés en moyenne ces dernières années – un niveau déjà très élevé : une évolution encourageante mais encore insuffisante.

 

« Pas de plan B ! »

Si ce brouillage – intentionnel ou non – semble en passe de se résoudre, les météorologues restent sur le qui-vive en raison d’une autre menace. En effet, l’une des gammes de fréquences micro-ondes allouées pour la téléphonie 5G, dite « bande des 24 GHz », effleure une fréquence critique pour la prévision du temps. Les infimes signaux captés en pointant vers la Terre, autour de 23,8 GHz, donnent accès à la teneur en vapeur d’eau dans l’atmosphère, indépendamment des autres formes d’eau… à condition qu’il n’y ait pas de source artificielle à cette fréquence.

« Grâce à cette référence sur la vapeur, on peut ensuite déterminer, par d’autres observations, les quantités de pluie, de brouillard ou de grêle, explique Eric Allaix, président du groupe d’experts sur les radiofréquences de l’Organisation météorologique mondiale. Si on perd ce canal à cause de la 5G, tout le reste sera inutilisable. Nous n’avons pas de plan B pour mesurer la vapeur d’eau ! »

En théorie, la différence entre cette fréquence et le seuil inférieur de la bande 5G devrait mettre les météorologues à l’abri. Mais la réalité est plus complexe : contrairement à un laser, qui émet une fréquence très précise, un émetteur radio émet dans une gamme plus ou moins large suivant la qualité de ses composants. Autrement dit, il déborde toujours au-dessus et au-dessous de sa fréquence nominale. Si bien qu’en visant 24,25 GHz, une antenne 5G pourrait « baver » sur la fréquence de la vapeur d’eau.

 

Treize questions pour comprendre la 5G et dépasser les caricatures

La communauté internationale débat depuis des années pour fixer une norme de qualité pour la 5G dans cette bande. Les discussions se sont conclues, en novembre 2019, lors de la grand-messe de l’Union internationale des télécommunications de Charm El-Cheikh (Egypte). « L’administration américaine des fréquences, la FCC, a pesé jusqu’au bout pour adopter une norme très basse, peu contraignante », raconte un participant. La Maison Blanche avait mis sur la table une norme de – 20 décibels-watts (dBW) par 200 MHz. Comprendre : un émetteur réglé sur 24,25 GHz doit émettre 100 fois moins de puissance à 24,05 GHz, 10 000 fois moins à 23,85 GHz (100 × 100), etc. De son côté, appuyée par la Chine, l’Union européenne (UE) avait proposé – 42 dBW, ce qui correspond non plus à une division par 100 pour chaque écart de 200 MHz, mais par 16 000 ! A l’issue de débats qualifiés d’« homériques » par le directeur général de l’ANFR, présent à Charm El-Cheikh, et de « discussions de marchands de tapis » par un autre participant, le sommet s’est conclu sur une norme de – 33 dBW pour commencer, puis de – 39 dBW à partir de septembre 2027.

 

Pour la météo, un enjeu considérable

Derrière ces chiffres abscons, l’enjeu est considérable pour la météo, comme le démontre l’exemple du cyclone Sandy qui a frappé la région de New York, le 30 octobre 2012. Huit jours plus tôt, le modèle de l’Agence américaine d’observation océanique et atmosphérique (NOAA) suggérait une trajectoire vers le nord, à plusieurs centaines de kilomètres du rivage, tandis que celui de Reading estimait que la course s’infléchirait à l’ouest, menaçant la côte. Le 25 octobre, Sandy est toujours censé suivre une route au large pour la NOAA, tandis que les Européens déterminent avec une relative précision l’horaire et le point d’atterrissage sur la côte. Les premiers ordres d’évacuation sont lancés le 26.

Le bilan (250 morts, 60 milliards de dollars de dégâts) aurait sans doute été plus lourd si les météorologues américains n’avaient pas fait confiance à leurs homologues européens, dont le modèle était réputé meilleur pour les cyclones. Que se serait-il passé si les modèles avaient été privés des données micro-ondes ? En 2013, trois chercheurs de l’ECMWF ont refait le film des événements, en supprimant ces mesures. Le résultat est sans appel : le virage à l’ouest n’aurait pas été anticipé et l’alerte n’aurait pas été donnée à temps !

Fortes de ces résultats et d’études menées, en interne et par l’US Navy, la NOAA et la NASA partent à l’assaut de la FCC. Pour faciliter le déploiement de la 5G, celle-ci a opté sans concertation pour une norme laxiste de – 20 dBW à 24 GHz, quand les scientifiques réclament une valeur proche de – 50 dBW, mille fois plus contraignante. Les météorologues reçoivent le soutien du comité scientifique de la Chambre des représentants et de son équivalent au Sénat, ainsi que l’appui discret du département de la défense qui sait à quel point les données météorologiques sont critiques.

Pour échapper aux interférences radio sur Terre, les radioastronomes lorgnent sur la Lune

Lorsque les enchères pour allouer les fréquences 5G de cette bande aux opérateurs téléphoniques américains démarrent, en mars 2019, la FCC, présidée par Ajit Pai – nommé à ce poste par Donald Trump dès janvier 2017 –, estime que la proposition des scientifiques « rend la bande des 24 GHz inutilisable pour la 5G » dans une lettre adressée au Sénat. Ajit Pai sait que son plan FAST 5G (signifiant « Faciliter la supériorité technologique américaine sur la 5G ») a le soutien de la Maison Blanche. Il s’agit en particulier de prendre les Chinois – notamment Huawei – de vitesse.

En mai 2019, alors que les enchères sont sur le point de s’achever, le patron par intérim de la NOAA enfonce le clou lors d’une audition au Congrès : « La limite de – 20 dBW proposée par la FCC entraînerait une perte de 77 % de données dans la gamme des micro-ondes (…). Cela nous ramènerait à ce que nous savions faire dans les années 1980, avec une anticipation sur les cyclones réduite de deux à trois jours. »

 

 Une question de gros sous

Un retour de quarante ans en arrière ? Cette estimation est jugée excessive par de nombreux experts, ce qui ne les empêche pas de s’alarmer. « C’est très grave, s’inquiète ainsi la jeune chercheuse Rachel Lamb (université du Maryland), coautrice d’une étude sur l’impact de la 5G sur les prévisions météorologiques qui rappelle qu’aux Etats-Unis, près du tiers de l’activité économique est dépendante des prévisions météorologiques. Le pire est que la FCC n’a pas l’intention d’appliquer la norme de l’UIT et campe sur sa limite de – 20 dBW. Il est probable que la bande des 24 GHz sera utilisée aux Etats-Unis d’ici deux ou trois ans. » Les opérateurs, AT&T et T-Online en tête, ont en effet déboursé près de 2 milliards de dollars pour se la partager. On imagine qu’ils ne tarderont pas à faire fructifier leur investissement.

 

« Autant on peut faire taire un radar, une source unique, autant il sera impossible de revenir en arrière avec la 5. » Eric Allaix

Avant Charm El-Cheikh, les Européens s’étaient entendus sur une norme de – 39 dBW. Malgré d’ultimes assauts diplomatiques pour l’assouplir, elle entrera en vigueur dans l’UE dès le 1er janvier 2024, sans attendre la date fixée à septembre 2027 par l’UIT.

« Notre espoir est que les industriels du monde entier respecteront très vite ce niveau leur permettant de vendre leurs équipements dans l’UE, qui représente un gros marché », avance Eric Allaix. Espoir ou vœu pieux ? La gestion des différentes formes de 3G et de 4G a montré que les industriels s’accommodent très bien des subtilités techniques d’une région à l’autre… On le saura rapidement, puisque la 5G telle qu’elle démarre en Europe – avec des fréquences plus basses – risque vite d’être saturée. « En France, les quatre opérateurs qui se partagent la bande des 3,5 GHz savent bien qu’elle ne suffira pas ; d’ici un an ou deux, ils réclameront l’ouverture d’enchères pour les 24 GHz », confie un expert.

Il reste à espérer que les scientifiques, dont certains estiment pouvoir s’accommoder sans trop de dommages des – 39 dBW, ne se sont pas trompés dans leurs calculs. « Autant on peut faire taire un radar, une source unique, autant il sera impossible de revenir en arrière avec la 5G, prévient Eric Allaix. Car à 24 GHz, la portée des stations de base est beaucoup plus réduite qu’aux fréquences plus basses. Ce qui veut dire qu’il faudra des millions de stations. » De taille très réduite, ces émetteurs pourraient se loger jusque dans les abribus, sur les réverbères… et dans toutes sortes d’appareils du fameux Internet des objets appelé à prendre son envol grâce à la 5G. « Nous risquons de nous retrouver aveuglés par un brouillard d’interférences au-dessus des zones peuplées, notamment aux Etats-Unis ou dans les pays qui attendraient 2027 pour appliquer la norme de l’UIT. »

 

C’est aussi ce que craint l’aviation civile américaine (FAA), qui s’est émue de la mise aux enchères aux Etats-Unis, le 8 décembre 2020, d’une autre bande de fréquences de la 5G, entre 3,7 et 3,98 GHz. Cette administration évoque un risque majeur pour le fonctionnement des altimètres radio des avions, des instruments critiques lors des phases de décollage et d’atterrissage, qui fonctionnent autour de 4,2 GHz. La FAA a demandé, en vain, le report de ces enchères – qui devraient rapporter 15 milliards de dollars –, le temps d’approfondir la question. Une inquiétude partagée en France, rapportait le journal Les Echos le 20 novembre 2020, provoquant la colère des opérateurs : alertée par un rapport paru en octobre aux Etats-Unis, la direction générale de l’aviation civile a annoncé qu’elle effectuerait des investigations complémentaires avant de donner son feu vert à l’installation de certaines antennes (jusque 3,8 GHz) à proximité des aéroports

 

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