TABLE DES MATIÈRES

L'Agence Nationale des Fréquences (ANFR) reconnait depuis longtemps l'existance des variations temporelles des Expositions en un lieu donné. Par contre, jusqu'à très récemment, le fait qu'il existe un ordre sous-jacent dans ces variations temporelles qui ne doivent souvent rien au hasard n'avait jamais été abordé dans les rapports de l'Agence.  

2. LES EXPOSITIONS GÉNÉRÉES PAR LES ANTENNES-RELAIS EN UN LIEU DONNÉ VARIENT EN FONCTION DU TEMPS 

Une mesure d'exposition aux radiofréquences, même réalisée avec le champmètre le plus sophistiqué, a peu de chances de représenter l'exposition maximale journalière, semanale ou mensuelle d'une pièce d'habitation. En effet, toutes choses étant égales par ailleurs, une mesure d'exposition à un endroit donné varie en fonction du moment de la mesure.

Cette variation temporelle des expositions est bien connue. L'Agence Nationale des Fréquences la mentionne régulièrement dans ses rapports et l'a même abordée dans une publication à l'Académie des Sciences en 2024 (lien vers la publication ANFR 2024). 

Elle s'explique principalement par deux facteurs qui se combinent :

• Le contrôle de puissance des antennes-relais. Les antennes-relais, de la 2G à la 5G, sont toutes équipées de systèmes de contrôle de puissance plus ou moins performants. Ces systèmes peuvent réduire l'énergie rayonnée lorsque tous les téléphones desservis par l'antenne ont un niveau de réception suffisant,

• Le nombre de téléphones actifs. Plus ce nombre est élevé et plus l'antenne a besoin d'augmenter son niveau d'émission.

Les variations d'exposition en fonction du temps reflètent ainsi, au premier ordre, le niveau de l'activité humaine autour du point de mesure. 

Elles sont plus marquées lorsque l'information transite par les systèmes de téléphonie mobile de dernière génération, comme la 4G ou la 5G. Ces systèmes possèdent en effet des contrôles de puissance particulièrement efficaces.

La corrélation étroite entre les niveaux d'exposition et l'activité humaine autour du point de mesure a deux conséquences importantes :

• Des Cycles temporels prévisibles. Le niveau d'activité dans un endroit donné suit des cycles répétitifs et relativement prévisibles. Ses variations d'intensité sont dictées par la succession des jours et des nuits, des jours travaillés et des week-ends, des vacances scolaires, des vacances d'été. Ces cycles se retrouvent donc aussi dans les variations temporelles des niveaux d'exposition.

• Des Différences selon le type d'habitat. L'activité humaine autour d'un lieu donné varie selon la nature du lieu. Une zone industrielle ou commerciale en périphérie d'une ville a un rythme de vie très différent de celui d'une banlieue pavillonnaire. Il est possible, en première analyse, de classer les activités humaines par types d'habitat, en distinguant deux types principaux :

  •  "L'Habitat Résidentiel" (sans aucune activité économique),

  •  et "L'Habitat Tertiaire" (avec une activité économique intense). 

Chacun de ces deux types peut ensuite être subdivisé en plusieurs sous-types, en fonction de l'intensité de l'activité liée au commerce, au tourisme, au transport ou aux écoles/universités.

En synthèse, un habitat est décrit par la combinaison d'un habitat dominant (résidentiel ou tertiaire) et d'un habitat complémentaire. Chaque habitat est caractérisé par une signature spécifique des variations temporelles des expositions générées par les antennes-relais.

3. REPRÉSENTATIVITÉ DES MESURES SPOT ET BESOIN D'UN MODÈLE

Le déploiement de la 5G, la fin programmée de la 2G et bientôt celle de la 3G, rendent les niveaux d'exposition de plus en plus sensibles à l'intensité et au type d'activité humaine à proximité du point de mesure.

La représentativité des mesures isolées (ou mesures "spot"), supposées initialement refléter assez bien le niveau d'exposition moyen dans un lieu donné, doit donc être remise en question et va devenir un vrai sujet dans les années à venir.

Nous pensons que cette représentativité doit être remise en question dès à présent dans au moins trois situations :

• L'identification des Points atypiques. Un lieu est défini par l'Agence Nationale des Fréquences comme étant un point atypique si l'Exposition qui y est mesurée dépasse de façon substantielle les Expositions constatées au niveau national. Le seuil des Point atypiques, aussi appelé seuil d'attention, est fixé par l'ANFR. Sa valeur a été portée de 6 V/m à 9 V/m le 1er janvier 2026. Le classement d'un lieu en point atypique déclanche l'obligation pour les opérateurs d'essayer de ramener l'exposition du lieu en dessous du seuil (actuellement 9 V/m), conformément à l'article 1 G de la loi Abeille de 2015. Une habitation située dans un environnement où l'exposition augmente de 30 % entre la matinée et l'après-midi, pourra suivant le moment de la mesure, être gratifiée d'une Exposition de 7 V/m le matin et de 9,1 V/m l'après midi. Pour les habitations soumises à de fortes expositions,  supérieures à 6,5 V/m, ne pas corriger les Expositions mesurées pour les variations temporelles peut résulter en une perte de chance.

• Le suivi de la résorption d'un point atypique. L'Agence Nationale des Fréquences (ANFR) vérifie la résorption éventuelle d'un point atypique en comparant la mesure d'Exposition initiale avec une nouvelle mesure d'Exposition, réalisée après l'optimisation apportée par les opérateurs de la téléphonie mobile. Mais la comparaison s'effectue actuellement sur des mesures brutes, non corrigées pour les variations temporelles. Suivant le type d'habitat considéré, la baisse des Expositions si elle est constatée peut très bien provenir des moments dans la journée où les deux mesures ont été réalisées. 

• Les études qui associent des symptômes à des mesures spots de l'Exposition (une mesure par habitation). 

S'il est clair que la représentativité des mesures spots devient de plus en plus discutable, la façon dont ces mesures doivent être corrigées pour représenter un maximum journalier, sémanal, ou mensuel, est un sujet qui à ce stade n'est pas encore résolu.

Il faudrait disposer d'un modèle capable, à partir d'une mesure ponctuelle et de la compréhension approfondie de l'activité autour du point de mesure, de fournir une estimation réaliste de l'exposition réelle maximale au lieu de la mesure.

Un tel modèle n'existe pas encore aujourd'hui principalement pour deux raisons :

• La base de données requise pour élaborer un tel modèle n'existe pas. Il faudrait avoir accès, pour de nombreux lieux et sur plusieurs années, à des niveaux d'Exposition en fonction du moment de la mesure. Les lieux sélectionnés devraient aussi couvrir toutes les types et les sous-types d'habitats. 

  • Néanmoins, les Expositions fournies par les Capteurs permanents EXEM installés dans plusieurs villes en France depuis 2020, soit il y a plus de 4 ans au moment de notre étude, commencent à constituer une base de données intéressante. Nous avons regardé de près ces mesures, pour jeter les premières bases de la construction d'un modèle.

• Le manque de volonté ou d'intérêt des organismes concernés. Ni les textes réglementaires, ni le régulateur (l'ARCEP), ni l'Agence Nationale des Fréquences (ANFR) n'ont, au cours de ces dernières années, montré un intérêt pour corriger les Expositions mesurées des variations temporelles. Bien que l'existence de ces variations soit explicitement mentionnée dans les rapports ANFR, elles ne sont jamais prises en compte dans les études ANFR (voir page 19 du rapport ANFR).

4. LES SÉRIES TEMPORELLES D'EXEM

L'objectif de notre étude, réalisée en 2024, est de construire un modèle prédictif des niveaux d'exposition dans un lieu donné, en se basant sur un nombre limité de mesures instantanées ("spots") et sur la compréhension approfondie de l'activité humaine à proximité du point de mesure.

Les données étudiées sont celles mises à la disposition du public par la société EXEM et l'Agence Nationale des Fréquences (ANFR) via le site WEB  "L'Observatoire des Ondes". Ces mesures sont obtenues grâce à des capteurs permanents conçus par la société EXEM. Ils sont installés dans plusieurs villes de France, en général sur du mobilier public et à une hauteur au sol d'environ 3 m de haut. Une mesure d'exposition est effectuée toutes les deux heures, puis transmise au site. Les données temporelles sont ainsi mises à jour presque en temps réel.

La fréquence d'échantillonnage, une mesure toutes les deux heures, est suffisante pour capturer les variations d'exposition liées au nombre moyen de téléphones connectés aux antennes-relais. Elle est en revanche insuffisante pour enregistrer les augmentations brusques et éphémères d'exposition causées par le téléchargement de gros fichiers avec la 5G 3500 MHz à faisceau orientable. Capturer ces variations nécessiterait une fréquence d'échantillonnage beaucoup plus élevée, ce qui induirait probablement un problème au niveau de longévité des batteries des capteurs.

Nous avons analysé dans notre étude les données d'Exposition générées par l'ensemble des capteurs permanents installés en France en 2024, soit un total de 167 capteurs. Les séries temporelles étudiées commencent au moment de la mise en service du capteur et se terminent en février 2024. Il faut noter que certains capteurs avaient cessé d'enregistrer les Expositions avant cette date. Les six premiers capteurs en service ont été installés par EXEM à Marseille et à Nantes en février 2020, juste avant le premier confinement.

5. PREMIERS RÉSULTATS : DES VARIATIONS TEMPORELLES BASSES ET HAUTES FRÉQUENCES

5.a Les Basses et Très basses Fréquences

L'étude des composantes fréquentielles Basses et très Basses Fréquences des Expositions par transformée de Fourier nécessite d'avoir accès à des mesures réalisées en continu prendant plusieurs années. Début 2024, cette condition n'est remplie que pour quelques capteurs, avec dans ce cas seulement 4 années d'enregistrement disponibles par capteur.  L'étude s'est donc concentrée sur une analyse temporelle des Expositions.

Les principaux résultats sont les suivants. Il a été possible d'identifier sur les Expositions de nombreux capteurs : 

• • La succession des cycles été (période de mai à septembre inclus) et hiver (période d'octobre à avril inclus), les périodes d'été correspondant en général à une baisse des expositions, mais pas toujours,

  • L'impact des différentes vacances scolaires, avec une baisse des Expositions,

  • La marque du premier confinement qui a débuté le 17 mars 2020 et a conduit à une forte baisse des Expositions pendant une bonne partie de l'année 2020,

Étude des cycles été-hiver

L'impact des cycles été - hiver sur les Expositions a été quantifié avec 2 ratios en pourcentage, le premier portant sur les valeurs moyennes des Expositions et le second sur les valeurs médianes. Chaque ratio représente l'accroissement qui permet de passer des Expositions mesurées en "hiver" à celles mesurées en "été", soit : ratio = 100 x (Exposition(été) - Exposition(hiver)) / Exposition (hiver). 

Les résultats obtenus sont les suivants :

• Quand les points de mesure ne sont pas situés dans un lieu touristique très fréquenté pendant l'été, les Expositions sont toujours plus fortes en hiver qu'en été. Le phénomène inverse est observé en été pour les pages (Chemin de la Batterie des Lions à Marseille) et pour les places publiques accueillant plus de monde en été qu'en hiver (cela concerne moins de 10 % des 167 séries d'Exposition étudiées).

• En moyenne sur l'ensemble des capteurs, l'augmentation moyenne de l'Exposition constatée entre les 7 mois d'hiver et les 5 mois d'été est de + 11,7% . Certains capteurs ont une augmentation moyenne beaucoup plus importante (l'écart-type est de 13,2%), 

Étude du début de la pandémie en 2020

Le début de la pandémie, en mars 2020, se lit parfaitement sur les niveaux d'Exposition, avec une chute brutale pouvant aller jusqu'à -30 % sur quelques jours et -50 % au bout d'un mois. 

Lors des confinements, avec le télétravail, les échanges de données se sont en effet massivement reportés sur internet et les antennes-relais ont été beaucoup moins sollicitées, entrainant une baisse des Expositions.

La chute soudaine et durable des Expositions est une fonction en forme de marche en escalier (fonction de Heaviside). Dans le domaine des fréquences, sa forme dépend beaucoup du contenu fréquentiel du spectre dans les basses et très basses fréquences. 

5.b Les Moyennes et Hautes fréquences

L'analyse des variations temporelles des Expositions aux moyennes et hautes fréquences peut être réalisée dans le domaine fréquentiel en utilisant une Transformée de Fourier Rapide (FFT). Cependant, cette approche n'est pas idéale. 

Le contenu fréquentiel des Expositions varie en effet en fonction du temps, avec en particulier des cycles "nuit - jour" et des cycles "jours ouvrés - week-ends".  Une analyse par décomposition du signal en ondelettes continues (CWT) s'est rapidement imposée comme étant la méthode la plus pertinente. Cette approche a été complétée par une analyse des séries temporelles, incluant le calcul de ratios spécifiques et des décompositions saisonnières.

Les fréquences étudiées ici sont celles dont la période est inférieure ou égale à une semaine.

5.c Trois moments clés pour l'étude des Expositions

Trois moments de la journée sont particulièrement intéressants pour étudier les variations moyennes et hautes fréquences des Expositions :

• 9 h du matin, parce que c'est en général le début des journées travaillées dans les habitats Tertiaire. L'Exposition à 9 heure est utilisée comme Exposition de référence,

• 13 h parce que c'est le moment où après le repas, il est possible de réutiliser son téléphone dans les habitats Tertiaire,

• 23 h parce que c'est le moment où la plus grande partie de la population est sur son lieu d'habitation.

Nous avons analysé plus particulièrement deux ratios en pourcentage :

•  100 x ((Exposition à 13 h - Exposition à 9 h)) / (Exposition à 9 h) 

• et 100 x ((Exposition à 23 h - Exposition à 9 h)) / (Exposition à 9 h). 

Ces deux ratios contiennent une part significative de l'information liée à l'intensité et au type d'activité humaine autour du point de mesure, un résultat confirmé par une Analyse en Composantes Principales (ACP). 

La comparaison des ratios calculés pendant les jours ouvrés et les week-ends permet d'affiner l'identification du type d'habitat associé au capteur.

5.d Résultats pour les Séries Temporelles

• En moyenne sur 150 capteurs retenus, les expositions mesurées à 13 h sont supérieures de 11 % à celles mesurées à 9 h (écart-type de 7 %). Cet écart est de 7 % pendant les 5 mois de la période estivale (écart-type de 8 %) et de 13 % pendant la période hivernale (écart-type de 7 %).

• Pendant les jours ouvrés, les expositions mesurées à 13 h sont en moyenne 11 % plus élevées que celles mesurées à 9 h (écart-type de 7 %). Pendant les week-ends, cet écart passe à 12 % (écart-type de 9 %).

• En moyenne, pendant les jours ouvrés, les expositions mesurées à 23 h sont 11 % plus élevées que celles mesurées à 9 h (écart-type de 14 %). Pendant les week-ends, cet écart atteint 21 % (écart-type de 12 %).

5.e Analyse Fréquentielle des Expositions

Quatre fréquences sont particulièrement pertinentes pour capturer les variations moyennes et hautes fréquences des expositions : une fois par jour, une fois par semaine, deux fois par semaine, et deux fois par jour. 

L'amplitude du spectre pour la fréquence "une fois par jour" est utilisée comme niveau de référence pour calculer trois ratios d'amplitude à partir des autres fréquences. Les ratios obtenus pour une quarantaine de spectres sont disponibles sur la page "DataBase".

5.f Recherche

Recherche finalisée : Une décomposition des séries temporelles en ondelettes discrètes (DWT) et continues (CWT) a été réalisée pour tous les capteurs permanents. Les scalogrammes des expositions (représentation temps-fréquences de l'énergie des signaux) peuvent être visualisés sur les pages "Résultats" et "DataBase" du site.

Recherche en cours : Nous travaillons actuellement sur la classification automatique des habitats à partir d'indicateurs issus des scalogrammes et des séries temporelles des Expositions, via une Analyse en Composantes Principales (ACP).

5.g Comportements qualitatifs des Expositions

• Matinée : les Expositions en matinée sont systématiquement plus faibles que celles mesurées l'après-midi ou tard en soirée. Le minimum journalier des Expositions est souvent atteint vers 5 h du matin.

• Habitat Résidentiel : dans les habitats résidentiels sans activité économique, les Expositions augmentent progressivement de 9 h à 23 h, avec parfois un pic secondaire vers 13 h. Les Expositions pendant les week-ends ne diffèrent pas significativement de celles mesurées pendant les jours ouvrés.

• Habitat Tertiaire : dans les habitats tertiaires avec une activité économique, le pic journalier des Expositions est généralement atteint vers 13 h. Les expositions à 21 h et 23 h peuvent représenter des maxima secondaires, mais elles peuvent aussi être plus faibles qu'à 9 h. Les week-ends se distinguent clairement par des expositions plus faibles.

• Habitat Tertiaire avec Activité de Transport : Les habitats où l'activité de transport est dominante (gares, etc.) présentent des expositions élevées et relativement constantes de 9 h à 17 h pendant les jours ouvrés. Le week-end, les expositions diminuent fortement à 9 h du matin et augmentent en soirée après 19 h.

• Week-ends : En général, les expositions sont plus faibles le week-end qu'en semaine, sauf tard en soirée à partir de 21 h. Le dimanche soir vers 23 h peut correspondre au maximum d'exposition de la semaine. Les expositions le week-end varient en fonction de la nature de l'habitat : un grand centre commercial ouvert le samedi et le dimanche matin aura un impact significatif sur les variations temporelles, sauf l'après-midi du dimanche. 

6. LES RÉSULTATS DÉJA OBTENUS

L'Exposition moyenne sur 167 capteurs, calculée à partir de l'Exposition moyenne de chaque capteur, est de 1,04 V/m, avec une médiane de 0,91 V/m et un écart-type de 0,75 V/m.

Cette moyenne de 1,04 V/m est comparable à celle de 1 V/m obtenue par l'ANFR dans son rapport de septembre 2023, qui se base sur les 2722 mesures d'exposition ponctuelles réalisées par EXEM en 2022, à la demande de particuliers et de collectivités.

Cependant, cette similitude entre les deux moyennes est purement fortuite, car les deux jeux de données sont fondamentalement différents.

• Les mesures ponctuelles ANFR sont effectuées pendant les heures de travail et les jours ouvrés, tandis que les capteurs permanents EXEM  enregistrent les expositions 24 heures sur 24, y compris la nuit, les week-ends et pendant les vacances. De plus, les mesures ponctuelles peuvent être prises à différents niveaux des bâtiments, alors que les capteurs permanents sont fixés à une hauteur standard de 3 mètres au-dessus du sol.

• Les valeurs médianes des deux types de mesures diffèrent également de manière significative : 0,91 V/m pour les capteurs permanents EXEM contre 0,38 V/m pour les mesures ponctuelles ANFR . 

• Il serait intéressant de diversifier les emplacements des capteurs permanents, en les installant également dans les étages, là où les expositions sont les plus élevées.

Nous avons commencé à étudier les variations temporelles des expositions dès le début de 2020, lorsque EXEM a déployé ses premiers capteurs. 

Deux présentations détaillent les premiers résultats :

• "Variations des niveaux d'exposition aux radiofréquences en fonction du temps et typologie de l'habitat",

• "Les mesures ponctuelles des expositions sont-elles représentatives ?".

Les résultats obtenus sont rassemblés dans une page de synthèse du site accessible en cliquant sur ce lien "Résultats".

7. PRINCIPALES CARACTÉRISTIQUES DES CAPTEURS PERMANENTS EXEM (WAVE-001)

La borchure technique fournie par EXEM donne les informations suivantes :

• Bande de fréquences : de 250 kHz à 6 GHz

• Sensibilité du capteur : 0,5 V/m

• Durée de la batterie : 4 ans avec une mesure d'une durée de 6 minutes toutes les 2 heures 

Remarques sur les Capteurs 

La sensibilité du capteur, relativement faible, explique pourquoi les enregistrements deviennent bruités dès que l'exposition moyenne descend en dessous de 0,3 V/m. Plusieurs enregistrements fortement bruités ont été exclus de l'étude après un contrôle qualité rigoureux des données. 

L'étude des variations temporelles suppose que la localisation du capteur n'a pas été modifiée pendant toute la durée des enregistrements. Nous avons constaté que l'adresse de certains capteurs avait changé depuis leur installation, par exemple à Nantes. Le capteur initialement installé rue Jean-Jacques Rousseau début 2020 a maintenant comme une adresse Boulevard des Nations-Unis, ce qui indique un déplacement du capteur. Ce cas de figure reste néanmoins marginal et il n'a pas d'impact significatif sur les résultats de l'étude. 

L'étude des variations temporelles suppose aussi que les niveaux d'Expositions n'ont pas été modifiés par l'implantation d'une nouvelle antenne ou par des modifications apportées aux antennes existantes. Les enregistrements montrant des variations temporelles de forme inexplicable ont été écartés des données utilisées.

Disclaimer et Remerciements

Nous n'avons aucun conflit d'intérêt et travaillons de façon indépendante.

La recherche en cours sur les variations temporelles des Expositions a été lancée à notre seule initiative.

Nous remercions l'Agence Nationale de Fréquences et la société EXEM d'avoir mis à la disposition du public les Exposition mesurées par les capteurs permanents.