TABLE DES MATIÈRES

L'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 variationss temporelles qui ne doivent rien au hasard n'avait jamais été abordé dans les rapports de l'Agence.  

2. LES EXPOSITIONS GÉNÉRÉES PAR LES ANTENNES-RELAIS VARIENT EN FONCTION DU MOMENT DE LA MESURE 

Une mesure d'exposition aux radiofréquences, même réalisée avec le champmètre le plus sophistiqué, a peu de chances de représenter l'exposition maximale possible dans une 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 des expositions au fil du temps est bien connue. L'Agence Nationale des Fréquences la mentionne régulièrement dans ses rapports et l'a même abordée dans une publication récente à l'Académie des Sciences (lien vers la publication 2024). Les variations s'expliquent principalement par deux facteurs :

1. Contrôle de puissance des antennes-relais : Les antennes-relais, de la 2G à la 5G, sont équipées de systèmes de contrôle de puissance. Ces systèmes peuvent réduire l'énergie rayonnée lorsque tous les téléphones qu'elles desservent ont un niveau de réception suffisant.

2. Nombre de téléphones actifs : Le nombre de téléphones actifs dans le secteur couvert par une antenne et à proximité du point de mesure varie au cours du temps. Plus ce nombre est élevé, plus le niveau d'exposition mesuré est important.

Les variations d'exposition en fonction du temps reflètent ainsi le niveau d'activité humaine autour du point de mesure. Ces variations 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 des contrôles de puissance particulièrement efficaces, sont utilisés pour les transferts de gros volumes de données, et génèrent des signaux avec des facteurs de crête élevés.

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

1. Cycles temporels prévisibles : Le niveau d'activité humaine dans un endroit donné suit des cycles répétitifs et relativement prévisibles. Ces cycles sont dictés par la succession des jours et des nuits, des jours travaillés et des week-ends, des vacances scolaires, des vacances d'été, etc. Ces cycles se retrouvent donc dans les variations temporelles des niveaux d'exposition.

2. Différences selon le type d'habitat : L'activité humaine varie selon la nature du lieu. Par exemple, une zone industrielle ou commerciale en périphérie d'une ville a un rythme de vie très différent de celui d'une banlieue pavillonnaire. En première analyse, il est possible de classer les activités humaines par types d'habitat, en distinguant deux grands types : l'« Habitat Résidentiel » (sans activité économique) et l'« Habitat Tertiaire » (avec une activité économique intense). Chacun de ces types d'habitat peut ensuite être subdivisé en sous-types en fonction de l'intensité de l'activité liée au commerce, au tourisme, au transport et aux écoles.

Un habitat peut être décrit par la combinaison d'un habitat dominant (résidentiel ou tertiaire) et d'un habitat complémentaire. Chaque type d'habitat présente une signature caractéristique en termes de variations temporelles des expositions générées par les antennes-relais.

3. RELIER LES VARIATIONS TEMPORELLES DES EXPOSITIONS AVEC LES ACTIVITÉS HUMAINES POUR OBTENIR UN MODÈLE

Le déploiement en cours de la 5G et la fin programmée de la 2G vont rendre les niveaux d'exposition de plus en plus dépendants de l'intensité et du type d'activité humaine à proximité des points de mesure. Par conséquent, la représentativité des mesures instantanées, supposées refléter fidèlement le niveau d'exposition dans un lieu donné, sera de plus en plus remise en question dans les années à venir.

Nous pensons que cette représentativité devrait être questionnée dès à présent dans au moins deux situations :

1. Mesures officielles chez les particuliers : Les mesures officielles réalisées par EXEM pour déterminer si une habitation doit être classée comme un point atypique (exposition RMS supérieure ou égale à 6 V/m) peuvent, dans certains cas, avoir un impact significatif sur l'environnement électromagnétique futur de l'habitation. En effet, dans le cas d'un point atypique, les opérateurs des antennes-relais ont l'obligation de tenter de ramener l'exposition en dessous du seuil de 6 V/m, conformément à l'article 1 G de la loi Abeille de 2015.

2. Suivi annuel des points atypiques : Le suivi annuel effectué par l'Agence Nationale des Fréquences (ANFR) pour vérifier la résorption des points atypiques implique de comparer deux mesures d'exposition : la mesure initiale et celle réalisée après le réglage des antennes.

Dans les deux cas — mesures EXEM et mesures de suivi après réglage des antennes — les valeurs d'exposition considérées actuellement sont des valeurs brutes, non corrigées des variations temporelles caractéristiques du lieu de mesure. En procédant ainsi, les textes officiels laissent une grande part au hasard dans l'évaluation de l'état électromagnétique des habitations. Compte tenu de l'ampleur des variations temporelles des expositions, le choix du mois et de l'heure de la mesure de contrôle après le réglage des antennes peut, à lui seul, expliquer pourquoi un niveau d'exposition est repassé en dessous des 6 V/m.

Si la représentativité des mesures instantanées ("Spot") devient de plus en plus discutable pour évaluer les expositions, il est également certain qu'il sera toujours difficile, voire impossible, de réaliser des mesures au moment idéal pour capturer l'exposition maximale. D'où la nécessité de disposer d'un modèle capable, à partir d'une mesure ponctuelle et d'une compréhension approfondie de l'activité autour du point de mesure, de fournir une estimation aussi proche que possible de l'exposition maximale.

À notre connaissance, un tel modèle n'existe pas encore aujourd'hui, et ce pour plusieurs raisons.

La première raison concerne la base de données requise pour un tel modèle. Pour modéliser les niveaux d'exposition en fonction du temps à un endroit donné, il serait nécessaire de disposer de milliers de mesures, toutes réalisées au même endroit et avec une fréquence d'échantillonnage suffisamment élevée pour capturer les variations liées à l'activité humaine. De plus, il faudrait également des données provenant de nombreux lieux différents, chacun caractérisé par des types d'activités variés autour du point de mesure. Notons que les mesures fournies par les Capteurs permanents EXEM installés dans plusieurs villes en France depuis plus de 4 ans commencent à constituer une base de données intéressante. Nous avons regardé de près ces mesures pour avancer sur la construction d'un modèle.

La seconde raison réside dans le manque d'initiative des autorités concernées. Ni les textes réglementaires, ni le régulateur (l'ARCEP), ni l'Agence Nationale des Fréquences (ANFR) n'ont, au cours des dernières années, montré une volonté forte de corriger les expositions pour tenir compte de leurs variations temporelles. Bien que l'existence de ces variations soit explicitement mentionnée dans les rapports, elles ne sont jamais réellement prises en compte dans les évaluations (voir page 19 du rapport ANFR).

4. LES SÉRIES TEMPORELLES D'EXEM

Notre étude vise à développer un modèle prédictif des niveaux d'exposition dans un lieu donné, en se basant sur un nombre limité de mesures instantanées ("spots") et sur une compréhension approfondie de l'activité humaine à proximité du point de mesure.

Les expositions que nous avons étudiées en détail sont celles mises à disposition du public par l'Agence Nationale des Fréquences (ANFR) via son site "L'Observatoire des Ondes". Ces mesures sont obtenues grâce aux capteurs permanents de la société EXEM, installés dans plusieurs villes de France. Les capteurs, également conçus par EXEM, sont généralement fixés à une hauteur d'environ trois mètres par rapport au sol. Une mesure d'exposition est effectuée toutes les deux heures, puis transmise au site de l'Observatoire des Ondes. Les données temporelles sont ainsi mises à jour presque en temps réel.

La fréquence d'échantillonnage de deux heures est suffisante pour capturer les variations d'exposition liées au nombre moyen de téléphones connectés aux antennes-relais. Cependant, elle est insuffisante pour enregistrer les augmentations brusques et éphémères d'exposition, comme celles pouvant être causées par le téléchargement de gros fichiers en 5G à 3500 MHz. Pour capter ces variations, une fréquence d'échantillonnage beaucoup plus élevée serait nécessaire, ce qui poserait probablement des problèmes de longévité des batteries des capteurs.

Dans notre étude, nous avons retenu et analysé les données issues de l'ensemble des capteurs permanents installés en France, soit un total de 167 capteurs. Les séries temporelles commencent au moment de la mise en service des capteurs et se terminent en février 2024, bien que certains capteurs aient cessé d'enregistrer avant cette date. Les six premiers capteurs ont été installés par EXEM à Marseille et à Nantes en février 2020, juste avant le premier confinement.

5. DES VARIATIONS TEMPORELLES BASSES ET HAUTES FRÉQUENCES

Les Basses et Très basses Fréquences

Évaluer le contenu des variations temporelles des Expositions en Basses et très Basses Fréquences dans l'espace des Fréquences avec des Transformées de Fourier nécessitent d'avoir accès à des mesures réalisées en continu sur plusieurs années. Cette condition n'est malheureusement actuellement remplie que pour quelques capteurs, pour lequels 4 années d'enregistrement sont disponibles.  L'analyse s'est donc concentrée sur les séries temporelles des Expositions.

• • Il a été possible pour de nombreux capteurs d'identifier sur les Expositions enregistrées la succession des cycles été (période de mai à septembre inclus) et hiver (période d'octobre à avril inclus), l'impact des différentes vacances scolaires et 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,

  • L'impact des cycles été - hiver a été quantifié avec 2 ratios, le premier portant sur les valeurs moyennes des Expositions et le second sur les valeurs médianes. Chaque ratio représente l'accroissement en pourcentage permettant de passer des Expositions mesurées pendant la période "hiver" aux Expositions mesurées pendant la période "été",

  • Comportement des Expositions :

    • • Dans tous les lieux éloignés d'un endroit 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, avec des Expositions mesurées en Volt par mètre, l'augmentation moyenne 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%), 

      • 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, les antennes-relais ont été beaucoup moins sollicitées. En termes de fréquences, la chute soudaine et durable des expositions est une fonction en forme de marche en escalier  (fonction de Heaviside) dont le spectre contient toutes les fréquences, et en particulier les basses et très basses fréquences. 

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, étant donné que le contenu fréquentiel des expositions varie au fil du temps, par exemple en fonction des cycles "nuit-jour" et "jours ouvrés-week-ends", une décomposition en ondelettes continues (CWT) s'est rapidement imposée comme 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.

Nous nous concentrons ici sur les fréquences dont la période est inférieure ou égale à une semaine.

Mesures d'Exposition Clés

Trois moments de la journée sont particulièrement intéressants pour capturer les variations moyennes et hautes fréquences des expositions : 9 h, 13 h, et 23 h. Nous avons spécifiquement analysé deux ratios : (Exposition à 13 h - Exposition à 9 h) / (Exposition à 9 h) et (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 EXEM.

Résultats des Séries Temporelles

1. En moyenne, sur les 150 séries temporelles étudiées, 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 %).

2. 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 %).

3. 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 %).

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".

Recherches et Développements

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".

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).

Comportements des Expositions

1. 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.

2. 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, formant une signature en "dents de scie".

3. 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, tant en temps qu'en fréquences, avec une signature en "triangle tronqué" les jours ouvrés.

4. 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.

5. 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 ; par exemple, 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 QUE NOUS AVONS DÉJA OBTENUS

L'exposition moyenne calculée à partir de l'Exposition moyenne des 167 capteurs permanents 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 sont effectuées pendant les heures de travail et les jours ouvrés, tandis que les capteurs permanents 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 contre 0,38 V/m pour les mesures ponctuelles. 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. Nos premiers résultats sont présentés dans le rapport "Variations des niveaux d'exposition aux radiofréquences en fonction du temps et typologie de l'habitat". Une présentation plus récente, intitulée "Les mesures ponctuelles des expositions sont-elles représentatives ?", met en lumière l'importance de prendre en compte la variable "moment de la mesure" dans les études.

Les résultats obtenus jusqu'à présent sont rassemblés dans une page de synthèse accessible via le lien ci-dessous ou 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. Cependant, 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 adresse le Boulevard des Nations-Unis, ce qui indique un déplacement du capteur. 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 quelques 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