Essais Faraday

Résidence de recherche - 2021

Objectif : Tester différents matériaux en conditions réelles pour voir leur efficacité pour "couper" les connexions des téléphones portables aux antennes relais.

Contexte

Pour communiquer avec une antenne relais, un téléphone portable possède de nombreux émetteurs et recepteurs à différentes fréquences. Voici une image des fréquences utilisées en France. Certaines bandes sont reservées à la communication antenne vers téléphone (FDD descendant), d'autres à la direction inverse (FDD montant), certaines permettent une communication dans les deux sens (TDD), les bandes les plus hautes sont récentes et réservées à la 5G. Pour couper les communications, il faut couper toutes les bandes descendantes vers le téléphone, celui-ci basculant automatiquement de bande en bande en fonction du réseau disponible.

Source : Arcep

La théorie des ondes nous dit qu'un grillage métallique commence à être efficace pour faire "rebondir" les ondes EM si la taille de son maillage est inférieure à 1/10^ème de la longueur d'onde. Pour les fréquences les plus hautes utilisées en téléphonie — 2.7GHz jusq'à la 4G et 3.8GHz pour la 5G — cela signifie une maille ( L_{maille} ) inférieure à:

[
L_{maille} \simeq \frac{\lambda}{10} = \frac{c}{10 \times f} = \frac{300.000.000}{10 \times 2.700.000.000} \simeq \left {
\begin{array}{r l}
1.1cm & \textrm{jusqu'à la 4G} \
8mm & \textrm{pour la 5G}
\end{array} \right .
]

Différentes matières métalliques ont été commandées pour faire ces essais:
I. Toile moustiquaire - maille 1mm - Aluminium plastifié
II. Toile moustiquaire - maille 1mm - Aluminium plastifié
III. Toile moustiquaire - maille 1mm - Aluminium
IV. Grillage anti-onde YSHIELD V4A03 - maille 0,3mm - Acier
V. YSHIELD V4A10 - maille 1mm - Acier
VI. Matériau mystère fourni par b01

Expériences

Les expériences ont été réalisées lors d'une résidence à La Labomedia à l'atelier du Co1n. Par une étrange coïncidence, l'atelier du co1n est situé juste en face d'une antenne relai Orange camouflée en cheminée, le signal radio est donc extremement fort dans l'atelier et permet de valider la possiblité de couper la communication dans la pire des configurations.

Pour tester l'efficacité des matériaux, on réalise une pochette dans laquelle on place le téléphone et on compare la qualité de la reception par rapport à l'extérieur de la pochette. La puissance du signal reçu est mesurée dans une application gratuite : Network Cell Info Lite. Elle permet notamment d'afficher un graphique temporel de la puissance reçue, et donc de prendre le téléphone, de le mettre dans un boitier à mesurer, de le laisser quelques instants, puis de le ressortir, et ainsi de mesurer l'ecart entre le signal reçu à l'intérieur et à l'extérieur du boitier. La puissance se mesure en dBm, 0 dBm correspondant à une puissance du signal reçue de 1mW. Une reception standrad de bonne qualité est aux alentours de -80/-90 dBm. En 4G, on considère qu'il faut être à moins de -120dBm pour ne plus avoir de signal, soit un millionieme de milliardième de Watt!!! On visera donc une attenuation d'au moins 40 dB.

Source : MobileLink

Protocole

Pour chaque matière à mesurer :

• Découper d'un carré de 20 x 30cm
• Replier sur le téléphone
• Agraffer sur les côtés à 5-10mm du bord.
• Fermer de manière étanche la pochette "à la main"
• Ressortir le téléphone et comparer la puissance reçue à l'intérieur et à l'extérieur de la pochette

Exemple de pochette et de mesure : l'atténuation dans la pochette était d'environ 31dB

Résultats

Seul le grillage anti-onde professionel Yshield V4A03 semble avoir une atténuation suffisante pour couper la connexion à partir d'une reception de bonne qualité "4 barres". En doublant ce grillage au besoin, on obtient de très bon résultats avec une atténuation de 64dB.