Wi-Fi

Le Wi-Fi, aussi orthographié wifi[1], est un ensemble de protocoles de communication sans fil régis par les normes du groupe IEEE 802.11 (ISO/CEI 8802-11). Un réseau Wi-Fi permet de relier par ondes radio plusieurs appareils informatiques (ordinateur, routeur, smartphone, modem Internet, etc.) au sein d'un réseau informatique afin de permettre la transmission de données entre eux.

Pour les articles homonymes, voir Wi-Fi (homonymie).

Exemple d'application du Wi-Fi : impression sans fil.

Apparues pour la première fois en 1997, les normes IEEE 802.11 (ISO/CEI 8802-11), qui sont utilisées internationalement, décrivent les caractéristiques d’un réseau local sans fil (WLAN). La marque déposée « Wi-Fi » correspond initialement au nom donné à la certification délivrée par la Wi-Fi Alliance (« Wireless Ethernet Compatibility Alliance », WECA), organisme ayant pour mission de spécifier l’interopérabilité entre les matériels conformes à la norme 802.11 et de vendre le label « Wi-Fi » aux matériels répondant à ses spécifications. Pour des raisons de facilité d’usage (et de marketing) le nom de la norme se confond aujourd’hui avec le nom de la certification (c’est le cas en France, en Espagne, au Canada, en Suisse, en Tunisie…). Ainsi, un réseau Wi-Fi est en réalité un réseau répondant à une des normes IEEE 802.11. Dans d’autres pays (Allemagne et États-Unis par exemple) de tels réseaux sont aussi nommés par le terme générique WLAN : Wireless LAN (réseau local sans fil).

Grâce aux normes Wi-Fi, il est possible de créer des réseaux locaux sans fil à haut débit. En pratique, le Wi-Fi permet de relier des smartphones, ordinateurs portables, des objets connectés ou autres périphériques à une liaison haut débit. Les débits se sont accrus avec les nouvelles normes Wi-Fi. Voici les débits maximums théoriques (et réels) pour les principales normes : 11 Mbit/s (6 Mbit/s) en 802.11b (), 54 Mbit/s (25 Mbit/s) en 802.11a () et 802.11g (), 600 Mbit/s en 802.11n ()[2],[3], 1,3 Gbit/s[4] en 802.11ac (Wi-Fi 5, ) et 10,5 Gbit/s en 802.11ax (Wi-Fi 6, ).

Historique

Le Wi-Fi est un ensemble de normes concernant les réseaux sans fil qui ont été mises au point par le groupe de travail 11 du comité de normalisation LAN/MAN de l'IEEE (IEEE 802). Sa première norme est publiée en 1997, et permet des échanges à une vitesse théorique de 2 Mbit/s. Le protocole se développe en 1999, avec la publication des amendements IEEE 802.11a et 802.11b, permettant respectivement des transferts de 54 Mbit/s et 11 Mbit/s théoriques.

Le terme « Wi-Fi »
Logo de la Wi-Fi Alliance.

Le terme « Wi-Fi » suggère la contraction de « Wireless Fidelity », par analogie au terme « Hi-Fi » pour « High Fidelity » (apparu dans les années 1930[5]). Cependant, bien que la Wi-Fi Alliance ait elle-même employé fréquemment ce terme dans divers articles de presse internet (notamment dans le slogan « The Standard for Wireless Fidelity »), selon Phil Belanger, membre fondateur de la Wi-Fi Alliance, le terme « Wi-Fi » n'a jamais eu de réelle signification[6]. Il s'agit bien néanmoins d'un jeu de mots avec « Hi-Fi ».

Le terme « Wi-Fi » est issu de la Wi-Fi Alliance, une association créée en 1999[7] ; il a été inventé par la société Interbrand, spécialisée dans la communication de marque, afin de proposer un terme plus attractif que la dénomination technique « IEEE 802.11b Direct Sequence ». Interbrand est également à l'origine du logo rappelant le symbole du Yīn et du Yang. La marque Wi-Fi a été déposée en France à l'Institut national de la propriété industrielle (INPI) en [8].

Genre du nom en français

Le Grand Dictionnaire terminologique note que « l'usage a hésité un temps entre le masculin et le féminin, mais a finalement penché vers le masculin »[9].

Le Larousse, le Multidictionnaire de la langue française et Usito considèrent le mot comme uniquement masculin[10],[11],[12] tandis que Le Grand Robert le considère masculin ou féminin[1]. Quant à l’Académie française et la DGLFLF, ils recommandent en 2005 l’utilisation de l’acronyme « ASFI » pour « accès sans fil à l’internet »[13].

Technique
Carte Wi-Fi Gigabyte GC-WB867D-I de 2018.

Structure (couches du protocole)

Les normes 802.11 s’attachent à définir les couches basses du modèle OSI pour une liaison sans fil utilisant des ondes électromagnétiques, c’est-à-dire :

La couche physique définit la modulation des ondes radioélectriques et les caractéristiques de la signalisation pour la transmission de données, tandis que la couche liaison de données définit l’interface entre le bus de la machine et la couche physique, notamment une méthode d’accès proche de celle utilisée dans le standard Ethernet et les règles de communication entre les différentes stations. Les normes 802.11 proposent donc en réalité trois couches (une couche physique appelée PHY et deux sous-couches relatives à la couche liaison de données du modèle OSI), définissant des modes de transmission alternatifs que l'on peut représenter de la manière suivante :

Couche liaison de
données		 802.2 (LLC)
802.11 (MAC)
Couche physique
(PHY)
DSSSFHSSOFDMInfrarouge

Il est possible d’utiliser n’importe quel protocole de transport basé sur IP sur un réseau 802.11 au même titre que sur un réseau Ethernet.

Modes de mise en réseau

Il existe différents modes de mise en réseau :

Le mode « Infrastructure »

Mode qui permet de connecter les ordinateurs équipés d’une carte Wi-Fi entre eux via un ou plusieurs points d’accès (PA) qui agissent comme des concentrateurs (exemple : répéteur ou commutateur en réseau Ethernet). Autrefois ce mode était essentiellement utilisé en entreprise. Dans ce cas, la mise en place d’un tel réseau oblige de poser à intervalles réguliers des bornes « Point d’accès » (PA) dans la zone qui doit être couverte par le réseau. Les bornes, ainsi que les machines, doivent être configurées avec le même nom de réseau (SSID = Service Set IDentifier) afin de pouvoir communiquer. L’avantage de ce mode, en entreprise, est de garantir un passage obligé par le Point d’accès: il est donc possible de vérifier qui accède au réseau. Actuellement les FAI, les boutiques spécialisées et les grandes surfaces fournissent aux particuliers des routeurs sans fil qui fonctionnent en mode « Infrastructure », tout en étant très faciles à configurer.

Le mode « Ad hoc »

Mode qui permet de connecter directement les ordinateurs équipés d’une carte Wi-Fi, sans utiliser un matériel tiers tel qu’un point d’accès (en anglais : Access Point, ou AP). Ce mode est idéal pour interconnecter rapidement des machines entre elles sans matériel supplémentaire (exemple : échange de fichiers entre portables dans un train, dans la rue, au café…). La mise en place d’un tel réseau consiste à configurer les machines en mode « Ad hoc » (au lieu du mode « Infrastructure »), la sélection d’un canal (fréquence), d’un nom de réseau (SSID) communs à tous et si nécessaire d'une clé de chiffrement. L’avantage de ce mode est de s’affranchir de matériels tiers, c'est-à-dire de pouvoir fonctionner en l'absence de point d'accès. Des protocoles de routage dynamique (exemples : OLSR, AODV…) rendent envisageable l'utilisation de réseaux maillés autonomes dans lesquels la portée ne se limite pas à ses voisins (tous les participants jouent le rôle du routeur).

Le mode « Pont » (« Bridge »)

Un point d'accès en mode « Pont » sert à connecter un ou plusieurs points d'accès entre eux pour étendre un réseau filaire, par exemple entre deux bâtiments. La connexion se fait au niveau de la couche 2 OSI. Un point d'accès doit fonctionner en mode « Racine » (« Root Bridge », généralement celui qui distribue l'accès Internet) et les autres s'y connectent en mode « Bridge » pour ensuite retransmettre la connexion sur leur interface Ethernet. Chacun de ces points d'accès peut éventuellement être configuré en mode « Pont » avec connexion de clients. Ce mode permet de faire un pont tout en accueillant des clients comme le mode « Infrastructure ».

Le mode « Répéteur » (« Range-extender »)

Un point d'accès en mode « Répéteur » permet de répéter un signal Wi-Fi plus loin (par exemple pour atteindre un fond de couloir en « L »). Contrairement au mode « Pont », l'interface Ethernet reste inactive. Chaque « saut » supplémentaire augmente cependant le temps de latence de la connexion. Un répéteur a également une tendance à diminuer le débit de la connexion. En effet, son antenne doit recevoir un signal et le retransmettre par la même interface ce qui en théorie divise le débit par deux.

Les différentes normes Wi-Fi

Le standard IEEE 802.11 est initialement publié en 1997, et offre des débits de 1 ou 2 Mbit/s (Wi-Fi est un nom commercial, et c’est par abus de langage que l’on parle de « normes » Wi-Fi). Des révisions ont ensuite été apportées à ce standard afin d’augmenter le débit, par le biais d'amendements (c’est le cas des amendements 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n et 802.11ac) ou de spécifier des fonctions de sécurité ou d’interopérabilité. Régulièrement, les changements cumulés apportés par les amendements 802.11 sont regroupés en nouvelles versions du standard 802.11, qui sont identifiées par leur année de parution[14]. Le tableau suivant présente les différentes versions du standard 802.11, ainsi que les principaux standards et amendements qu'ils incorporent:

Année de parution Nom du standard Statut Principaux standards et amendements incorporés
1997 802.11-1997 Remplacé -
1999 802.11-1999 Remplacé -
2007 802.11-2007 Remplacé 802.11-1999, 802.11a, 802.11b, 802.11e, 802.11g
2012 802.11-2012 Remplacé 802.11-2007, 802.11n, 802.11p, 802.11s
2016 802.11-2016 Publié 802.11-2012, 802.11ac, 802.11ad


Le tableau suivant présente les principaux amendement du standard 802.11 et leur signification :

Amendement Nom Description
802.11a« Wi-Fi 2 » L'amendement 802.11a est publiée en 1999 ; elle permet d’obtenir un haut débit (dans un rayon d'environ 10 mètres : 54 Mbit/s théoriques, 27 Mbit/s réels) dans la bande de fréquence radio SHF des 5 GHz (bande U-NII = Unlicensed - National Information Infrastructure). L'amendement 802.11a spécifie 8 canaux de 20 MHz, non superposés, occupant la bande de 5,150 à 5,350 GHz ; chaque canal est subdivisé en 52 sous-porteuses (codage OFDM). La modulation utilisable est adaptative, en fonction des conditions radio : 16QAM, 64QAM, QPSK ou BPSK.
802.11b« Wi-Fi 1 » L'amendement 802.11b était l'amendement Wi-Fi la plus répandue en base installée au début des années 2000. Elle propose un débit théorique crête de 11 Mbit/s (6 Mbit/s réels) avec une portée pouvant aller jusqu’à 300 mètres (en théorie) dans un environnement dégagé. La plage de fréquences utilisée est la bande des 2,4 GHz (bande ISM = Industrial Scientific Medical) avec, en France, 13 canaux radio disponibles dont 3 au maximum non superposés (1 - 6 - 11, 2 - 7 - 12...). La modulation utilisable est, au choix : CCK, DBPSK ou QPSK.
802.11cPontage 802.11 vers 802.1d L'amendement 802.11c n’a pas d’intérêt pour le grand public. Il s’agit uniquement d’une modification de l'amendement 802.1d afin de pouvoir établir un pont avec les trames 802.11 (niveau liaison de données).
802.11dInternationalisation L'amendement 802.11d est un complément au standard 802.11 dont le but est de permettre une utilisation internationale des réseaux locaux 802.11. Elle consiste à permettre aux différents équipements d’échanger des informations sur les plages de fréquences et les puissances autorisées dans le pays d’origine du matériel.
802.11eAmélioration de la qualité de service L'amendement 802.11e vise à garantir une qualité de service (QoS) au niveau de la couche « liaison de données ». Cet amendement a pour but de prendre en compte les besoins des différents flux en termes de bande passante et de délai de transmission de manière à permettre, une meilleure transmission de la voix et de la vidéo. Une variante, dite WMM (WiFi Multimédia), qui inclut un sous ensemble de l'amendement 802.11e a été définie notamment pour la VoIP[15].
802.11fItinérance (roaming) L'amendement 802.11f est une recommandation destinée aux vendeurs de points d’accès pour une meilleure interopérabilité des produits de fabricants différents.

Elle propose le protocole Inter-Access point roaming protocol permettant à un utilisateur itinérant de changer de point d’accès de façon transparente lors d’un déplacement, quelles que soient les marques des points d’accès présents dans l’infrastructure réseau. Cette possibilité est appelée itinérance ((en) roaming).

802.11g« Wi-Fi 3 »

Amélioration du débit

 L'amendement 802.11g, publiée en 2003, offre un débit plus élévé (54 Mbit/s théoriques, 25 Mbit/s réels) dans la bande de fréquence des 2,4 GHz. L'amendement 802.11g offre une compatibilité ascendante avec l'amendement802.11b[16]. Cette aptitude permet aux équipements de proposer le 802.11g tout en restant compatibles avec les réseaux existants 802.11b. Le principe est le même que celui de l'amendement 802.11a (bande des 5 GHz), mais en utilisant 13 canaux composés chacun de 48 sous-porteuses radio et partiellement superposés, dans la bande de fréquences des 2,4 GHz. Le 802.11g utilise un codage OFDM autorisant de plus hauts débits ; chaque sous-porteuse utilise les modulations classiques BPSK, QPSK ou QAM comme dans l'amendement 802.11a.

Le codage OFDM étant interne à chacun des treize canaux de 22 MHz possibles (quatorze au Japon), il est donc possible d'utiliser au maximum, à plein débit, trois de ces canaux non superposés (1 - 6 - 11, 2 - 7 - 12, etc.)

802.11h  L'amendement 802.11h vise à rapprocher le standard 802.11 du standard européen (Hiperlan 2, d’où le « h » de 802.11h) et à être en conformité avec la réglementation européenne en matière de fréquences et d’économie d’énergie.
802.11i  L'amendement 802.11i a pour objectif d’améliorer la sécurité des transmissions (gestion et distribution des clés, chiffrement et authentification). Cet amendement s’appuie sur l’AES (Advanced Encryption Standard) et propose l'authentification (WPA2) et un chiffrement des communications pour les transmissions utilisant les amendements 802.11a, 802.11b, 802.11g et plus.
802.11IR  L'amendement 802.11IR a été élaborée de manière à utiliser des signaux infra-rouges. Cet amendement est désormais dépassée techniquement.
802.11j  L'amendement 802.11j est à la réglementation japonaise ce que le 802.11h est à la réglementation européenne.
802.11n« Wi-Fi 4 »[17]

WWiSE (World-Wide Spectrum Efficiency) ou TGn Sync

 Ajoute le MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) et l'agrégation de porteuses qui augmentent le débit. Des équipements propriétaires, qualifiés de « pré-N » étaient disponibles depuis 2006[18].

Le 802.11n a été conçu pour pouvoir utiliser les bandes de fréquences de 2,4 GHz et/ou 5 GHz. Les premiers adaptateurs 802.11n disponibles étaient souvent simple-bande à 2,4 GHz, mais des adaptateurs double-bande (2,4 GHz ou 5 GHz, au choix) ou double-radio (2,4 GHz et 5 GHz simultanément) sont également disponibles. Le 802.11n sait combiner jusqu’à deux canaux de 20 MHz non superposés, ce qui permet, en théorie d'atteindre une capacité totale théorique de 600 Mbit/s dans la bande des 5 GHz.

802.11rHandover L'amendement 802.11r, publiée en 2008, vise à améliorer la mobilité entre les cellules d'un réseau Wi-Fi et notamment de réduire le temps d'interruption d'une communication en cas de handover : Il permet à un appareil connecté de basculer plus rapidement (moins d'une seconde) et de façon plus fluide d'un point d'accès au suivant.
802.11sRéseau Mesh L'amendement 802.11s vise à implémenter la mobilité sur les réseaux de type Ad-Hoc. Le débit théorique atteint 10 à 20 Mbit/s. Tout point qui reçoit le signal est capable de le retransmettre. Elle constitue ainsi une toile au-dessus du réseau existant. Un des protocoles utilisé pour mettre en œuvre son routage est OLSR.
802.11u L'amendement 802.11u a été adoptée le . Elle vise à faciliter la reconnaissance et la sélection de réseaux, le transfert d'informations en provenance de réseaux externes, en vue de permettre l'interopérabilité entre différents fournisseurs de services payants ou avec des hot-spots 2.0. Elle définit aussi des normes en termes d'accès à des services d'urgence. À terme, elle doit entre autres faciliter le délestage des réseaux 3G ou 4G de téléphonie mobile.
802.11v L'amendement 802.11v a été adoptée le . Elle décrit des règles de gestion des terminaux en réseau : reportings, gestion des canaux, gestion des conflits et interférence, service de filtrage du trafic...
802.11ac« Wi-Fi 5 »[17]

Amélioration du débit

 IEEE 802.11ac est l'avant dernière évolution « grand public » du standard de transmission sans fil 802.11 ; elle permet une connexion Wi-Fi haut débit dans une bande de fréquences inférieure à 6 GHz (communément appelée « bande des 5 GHz »). Le 802.11ac offre jusqu'à 1 300 Mbit/s de débit théorique, en utilisant des canaux de 80 MHz, soit jusqu'à 7 Gbit/s de débit global dans la bande des 5 GHz (de 5170 MHz à 5835 MHz). Cette amendement a été ratifié en .
802.11ad« WiGig »

Amélioration du débit

 Cet amendement utilise la bande de fréquences des 60 GHz ; elle est donc non compatible avec les normes 802.11 précédentes et les équipements compatibles ont rencontré une faible diffusion.
802.11ahConsommation d'énergie réduite Cet amendement, publiée en [19], utilise la bande ISM des 900 MHz.
802.11ax« Wi-Fi 6 »[17]

Amélioration du débit et de la portée

 IEEE 802.11ax est la dernière évolution « grand public » du standard de transmission sans fil 802.11. La publication de la version approuvée de ce futur amendement par le comité IEEE 802 était originellement prévue pour [19] mais celle ci a finalement été repoussée à [20]. La norme a été ratifiée en février 2021 et la publication de la version finale a eu lieu le 19 mai 2021.[21]
802.11ay Évolution de l'amendement WiGig (802.11ad), avec la gestion de quatre flux sur la bande des 60 GHz, du MIMO et des débits pouvant atteindre jusqu'à 100 Gb/s en théorie.

Publication de l'amendement prévue en 2020.

802.11be « Wi-Fi 7 »[22],[23]

Linksys, la division grand public de Cisco Systems, avait développé en 2006 la technologie SRX pour « Speed and Range Expansion » (« Vitesse et Portée Étendue »). Celle-ci agrégeait le signal de deux canaux 802.11g pour doubler le taux de transfert des données. Le taux maximum de transfert des données via un réseau sans fil SRX400 dépassait alors les capacités des réseaux filaires Ethernet 10/100 que l’on utilisait en 2006 dans la plupart des réseaux.

Portée

En intérieur, la portée peut atteindre plusieurs dizaines de mètres (généralement entre une vingtaine et une cinquantaine de mètres) s'il n'y a aucun obstacle gênant (mur en béton par exemple) entre l’émetteur et l’utilisateur. Ainsi, des fournisseurs d’accès à Internet peuvent établir un réseau Wi-Fi connecté à Internet dans une zone à forte concentration d’utilisateurs (gare, aéroport, hôtel, train, etc.). Ces zones ou points d’accès sont appelés bornes ou points d’accès Wi-Fi ou « hot spots ».

En extérieur, l'actuel record est détenu par Ermanno Pietrosemoli, président de la Fondation de l’école Latino-américaine de Redes, avec une distance de 382 km[24].

Historique de l'intégration
Un point d’accès (PA) Wi-Fi extérieur.

Les iBooks d’Apple furent, en 1999, les premiers ordinateurs à proposer un équipement Wi-Fi[25] intégré (sous le nom d’AirPort), bientôt suivis par le reste de la gamme. D'autres ordinateurs commencent ensuite à être vendus avec des cartes Wi-Fi intégrées tandis que les plus anciens doivent s’équiper d’une carte Wi-Fi externe adaptée (PCMCIA, USB, CompactFlash, PCI, MiniPCI, etc.). À partir de 2003, on voit aussi apparaître des ordinateurs portables intégrant la plate-forme Intel Centrino, qui permet une intégration simplifiée du Wi-Fi[26].

Les PDA eurent également des cartes Wi-Fi intégrées dans la fin des années 90, principalement Palm OS et Windows Mobile.

Controverses, risques et limites

Enjeux

Le risque le plus évoqué est un accès indu par un tiers à des données relevant de la vie privée ou du secret industriel ou commercial, etc.

Un autre risque pour le détenteur d'un point d'accès est de voir engager sa responsabilité si ce point est utilisé pour réaliser des actions illégales comme le partage illégal de copies protégées par le droit d'auteur[27] ; problème qui se pose principalement lorsque le point d'accès n'est pas sécurisé. L'accès sans fil aux réseaux locaux rend nécessaire l'élaboration d'une politique de sécurité, dans les entreprises et chez les particuliers notamment.

Enfin il semble possible de voir à travers les murs en utilisant le Wi-fi[28], En 2017, deux universitaires allemands ont montré[29],[30],[31] qu'une analyse des ondes relictuelles de l'émetteur radio d'un routeur sans fil faite à l'extérieur d'une pièce ou d'un bâtiment pourrait théoriquement permettre de coder une image 3D (de type hologramme) de l'intérieur d'une pièce en utilisant uniquement les signaux Wi-Fi qui « fuient » au travers des murs, portes, fenêtres, toitures. Mais avec des résultats grossiers en utilisant les moyens techniques disponibles, et à condition que la pièce ne soit pas encombrée. Cette idée est née d'une conversation où les interlocuteurs cherchaient à imaginer ce qu'on verrait du monde si on le regardait en voyant les ondes Wi-Fi, ce qui les a conduits à imaginer une vision holographique induite par le Wi-Fi. Une expérience a ainsi permis de représenter grossièrement l'image (à très basse résolution[32]) d'une croix en aluminium de 1 m de haut placée dans une pièce[33].

Moyens de protection

Il est possible de choisir la méthode de codage de la communication sur l'interface radio. La plus ancienne était l'utilisation d'une clé dite Wired Equivalent Privacy (WEP), communiquée uniquement aux utilisateurs autorisés du réseau. Toutefois, il a été démontré que cette clé était facile à violer[34], avec l'aide de programmes tels que Aircrack.

Pour améliorer la confidentialité, de nouvelles méthodes ont été proposées, comme Wi-Fi Protected Access (WPA), WPA2 ou plus récemment WPA3.

Depuis l'adoption du standard 802.11i, on peut raisonnablement parler d'accès réseau sans fil sécurisé. En l'absence de 802.11i, on peut utiliser un tunnel chiffré (VPN) pour se raccorder au réseau de son entreprise sans risque d'écoute ou de modification. D'autres méthodes de sécurisation existent, avec, par exemple, un serveur Radius ou Diameter chargé de gérer les accès par nom d'utilisateur et par mot de passe.

Risque sanitaire

Le Wi-Fi apparaît quand naissent des interrogations sur l'impact des radiofréquences sur la santé humaine ou les écosystèmes. Des débats scientifiques se sont multipliés autour du téléphone mobile, puis des technologies radio reposant sur les micro-ondes, notamment les technologies GSM, WiMAX, UMTS (la 3G), HSDPA (la 3G+), le LTE (4G) ou encore le DECT et le Wi-Fi.

Les ondes Wi-Fi sont maintenant presque omniprésentes dans l'environnement humain. Mais leur fréquence relativement élevée (2,4 GHz et 5 GHz) les font mal traverser les murs. En outre, la puissance des équipements Wi-Fi (~30 mW) est en moyenne vingt fois moindre que celle des téléphones mobiles (~600 mW)[35]. De plus, le téléphone est généralement tenu près du cerveau, ce qui n'est pas le cas de certains équipements émettant des ondes Wi-Fi (les box internet ou les téléphones avec micro et écouteur filaires). À une dizaine de centimètres, la densité de puissance du signal est déjà fortement atténuée ; pour une antenne isotrope, elle est inversement proportionnelle au carré de la distance :

,

avec PIRE [W] = puissance isotrope rayonnée équivalente. Dans les deux cas (téléphone et Wi-Fi), il faut prendre en compte le fait qu'ils émettent 24 h sur 24 ou pas, et si on passe beaucoup de temps près de la source.

Les « effets thermiques » des ondes Wi-Fi sont reconnus négligeables[36]. Mais depuis le début des années 2010, une exposition croissante et presque constante des humains a justifié de nombreuses études nouvelles, dont certaines détectent des effets non-thermiques. L'importance sanitaire ou écologique de ces effets (voire leur existence dans certains cas) sont par contre encore en débat en 2020.

Dans un premier temps, elles ont majoritairement conclu qu'il n'y avait pas ou peu de risques sanitaires, dans le cadre d'une utilisation normale. Parmi ces organismes, on peut citer :

La Health Physics Society (en)
Dans sa revue Health Physics Society, l'organisme américain a effectué de nombreuses mesures en France, en Allemagne, en Suède, et aux États-Unis[37]. Dans tous les cas le niveau du signal Wi-Fi détecté reste bien plus bas que les limites d'exposition internationales (ICNIRP et IEEE C95.1-2005), mais aussi bien plus faible que les autres champs électromagnétiques présents aux mêmes endroits.
La Fondation Santé et Radiofréquences (financée pour moitié par les opérateurs de téléphonie)[38]
cet organisme a organisé une rencontre scientifique en sur l'état des connaissances concernant l'effet des radiofréquences sur la santé, notamment pour le Wi-Fi. Une conclusion est que « les études menées jusqu'à aujourd'hui n'ont permis d'identifier aucun impact des radiofréquences sur la santé en deçà [des limites de puissance légales] ». Pour ceux que le Wi-Fi inquiéterait, il est précisé que « pour minimiser l'exposition aux radiofréquences émise par ces systèmes, il suffit de les éloigner des lieux où une personne se tient pendant de longues périodes. Quelques dizaines de centimètres suffisent à diminuer nettement le niveau d'exposition »[39].
L'ANSES
Dans son rapport 2013[40], l'Agence nationale de sécurité sanitaire de l'alimentation, de l'environnement et du travail indique qu'« ont été observés, suite à une exposition aux radiofréquences » :
  • « des effets différents sur la mort cellulaire neuronale, selon le type d'étude (in vitro ou in vivo) : une modification (augmentation ou diminution) du nombre total de neurones et une augmentation des cellules en apoptose après une longue exposition in vivo (dans un nombre limité d'études) » (p. 9) ;
  • « un effet sur un marqueur astrocytaire (GFAP) lié à l'inflammation (effet vraisemblablement transitoire) après exposition chronique in vivo » (p. 9) ;
  • « un effet de type stress oxydant après une exposition prolongée aux radiofréquences sur l'ADN mitochondrial de neurones (sur la base d'une seule étude in vitro). Cet ADN est vulnérable au stress oxydant en raison d'un défaut de protéines protectrices de type histones, d'une capacité de réparation réduite et de la proximité de la chaîne respiratoire dans la membrane interne de la mitochondrie. Ceci pourrait expliquer ce résultat discordant par rapport à la plupart des études n'ayant pas ciblé ce type d'ADN » (p. 9) ;
  • « une modification de l'activité électrique cérébrale (notamment de la puissance du rythme alpha) » (p. 9).
  • L'ANSES remarque : « On ne peut pas exclure le fait que dans certaines conditions (notamment avec des expositions à des signaux modulés), les radiofréquences puissent favoriser l'oxydation de l'ADN. Les modifications observées sur l'état d'oxydation de la guanine (dans 2 études seulement) ont été corrélées avec une augmentation du stress oxydant dans la cellule ou l'organisme ; induisent des cassures de l'ADN (effet clastogène) » (p. 14). « Chez l'Homme, un effet physiologique à court terme a été observé sur le sommeil. Il s'agit d'une augmentation de la puissance spectrale de l'électroencéphalogramme (EEG) dans la fréquence des fuseaux de sommeil, avec une modulation autour de 14 Hz. Cet effet est reproductible, mais non expliqué, nécessitant donc d'être investigué. De plus, des diminutions significatives de la durée du sommeil de stade 2 et des augmentations de la durée du sommeil paradoxal dans le 3e quart de la nuit ont été observées (une augmentation du nombre de périodes de sommeil paradoxal a également été rapportée dans la seule étude disponible chez le rat) » (p. 19). Comme le mentionne le rapport (p. 9), « il n'est pas possible aujourd'hui d'établir un lien de causalité entre ces effets biologiques décrits et d'éventuels effets sanitaires qui en résulteraient ».
Supélec
En , l'École supérieure d'électricité a publié une étude sur les champs électromagnétiques produits par des équipements Wi-Fi, en mesurant notamment l'effet cumulatif de nombreux équipements Wi-Fi situés à proximité les uns des autres[41]. Il conclut que les limites légales sont très loin d'être atteintes. Mais il est à noter que ces limites sont fixées sur la base de recommandations de l'ICNIRP, une organisation proche de l'industrie[42].
La Health Protection Agency (en) (HPA)
L'Agence de protection de la santé au Royaume-Uni dit ne pas avoir de preuve cohérente laissant penser que les ondes Wi-Fi ont un effet sur la santé[43]. Selon le Dr Michael Clarka de l'HPA, une personne assise près d'un hotspot Wi-Fi pendant un an reçoit la même dose d'ondes qu'un utilisateur de téléphone portable en vingt minutes. Toutefois, l'agence déclare opportunes de nouvelles études sur ce sujet.
Bioinitiative
Ce groupe de quatorze chercheurs internationaux a publié en (mis à jour en 2011 et 2013) le Rapport Bioinitiative[44], globalement très alarmant vis-à-vis des télécommunications sans fil au vu des enquêtes épidémiologiques dont il rend compte. Concernant le Wi-Fi, il préconise l'utilisation d'alternatives filaires dans les écoles et les bibliothèques avec de jeunes enfants[45].

Effets sanitaires « non-thermiques »

D'autres études (répétées) ont trouvé que le Wi-Fi peut avoir des effets biologiques non-thermiques.

Ainsi, récemment (2018), en se basant sur 23 études scientifiques contrôlées faite sur le modèle animal, sur des cultures cellulaires (dont cellules humaines) et/ou sur l'être humain, Martin L. Pal (Professor émérite de biochimie et sciences médicales à l'Université de Washington à Portland) estimait dans le journal Environmental Research que d'après les données alors disponibles, le Wi-Fi peut induire :

M.L. Pal note que la plupart de ces effets ont aussi été observés pour des expositions à d'autres champs électromagnétiques en hyperfréquences (au sens anglophone du terme)[70]. Selon lui, l'activation des canaux calciques dépendants du voltage, l'un des premiers effets décrit, serait le mécanisme d'action prédominant des CEM sur les cellules vivantes, expliquant d'autres des effets des CEM, même si d'autres mécanismes semblent aussi en cause (ex : activation d'autres canaux ioniques voltage-dépendants, résonance cyclotronique calcique et mécanisme de magnétoréception géomagnétique).
Comme d'autres, il rappelle que les EMF[Quoi ?] pulsés[Quoi ?] semblent presque toujours biologiquement plus actifs que les EMF non-pulsés ; ajoutant que les champs électromagnétiques artificiels sont polarisés, ce qui pourrait les rendre beaucoup plus actifs que les champs électromagnétiques non-polarisés. Des courbes dose-réponse semblent exister, mais non-linéaires et non monotones ; Les effets des CEM pourraient être cumulatifs et les jeunes pourraient y être plus vulnérables que les adultes.

En 2018, Martin L. Pal reproche à F&M (Foster & Moulder) (qu'il juge proches de l'Industrie), d'avoir affirmé[71] qu'il n'existait que sept études importantes sur le Wi-Fi, montrant toutes une absence d'effet Or, selon Martin L. Pal « aucune de celles-ci n'était des études sur le Wi-Fi, chacune différant du Wi-Fi authentique de trois manières distinctes. F&M pouvaient tout au plus conclure qu'il n'y avait aucune preuve statistiquement significative d'un effet. Les petits nombres étudiés dans chacune de ces sept études liées à F&M montrent que chacune d'elles n'a pas le pouvoir de tirer des conclusions substantielles »[72].

De son côté, l'OMS a dans un premier temps (en ), suivi les avis de l'ICNIRP) et estimé que l'exposition prolongée aux ondes du Wi-Fi ne présentait aucun risque pour la santé[73], puis en elle a inclus le Wi-Fi (et la téléphonie mobile) dans la liste des éléments possiblement cancérigènes pour l'être humain (groupe 2B).

Recommandations controversées

En 2020, les effets non thermiques étant encore niés ou minorés par les acteurs industriels (ou l'ICNIRP), les conclusions en termes de recommandations restent controversées, et elle évoluent (à l'égard des enfants notamment) ; ainsi, le Wi-Fi a été officiellement déconseillé, voire interdit dans des écoles au Royaume-Uni, en Allemagne et en Autriche et dans certains États des États-Unis.

  • Dans le Maryland, le Conseil consultatif sur la santé et la protection de l’environnement des enfants (CEHPAC, une agence du Département de la santé et de l’hygiène mentale de l'Etat) a recommandé de réduire ou éliminer l’exposition des élèves au Wi-Fi, au profit de système filaires (plus rapides, moins consommateurs d'énergie et mieux sécurisés). Ceci a suscité une réaction de groupes de lobbying proches de l'industrie : Alex Berezow et Josh Bloom ont écrit dans le Baltimore Sun, que ces recommandations d'éviter le Wi-Fi à l'école sont basées sur de la « Junk science pure et dure (...) ; les écoles ne protègent pas les élèves de la chaleur ou de la lumière. Alors, pourquoi devraient-ils les protéger du Wi-Fi, une forme de rayonnement plus faible ?… », oubliant que les écoles protègent en réalité les enfants des excès ou manque de chaleur et de la lumière. Selon Martin L. Pall, Berezow et Bloom trompent leurs lecteurs en présentant la chaleur, la lumière et le Wi-Fi comme agissant de manière similaires sur le corps humain, car le Wi-Fi (comme d'autres formes de rayonnement non-ionisant utilisées dans les communications sans fil), et non la chaleur, ni la lumière, traverse instantanément nos corps, exposant des cellules n'ayant jamais été en contact avec une telle exposition et peut-être dépourvue de mécanisme suffisant de protection ou réparation. Martin L.Pall note que ces deux auteurs sont membres du «Conseil américain pour la science et la santé» (une ONG se présentant comme scientifique et rationaliste qui présente ses conclusions comme « uniquement fondées sur la science » et qui prétend débusquer les pseudo-sciences ; mais cette organisation est aussi connue pour ses positions pro-industrie sur des sujets controversés ; elle a ainsi défendu le fracking, le bisphénol A, l'atrazine et les sodas sucrés, contre les projets de réglementation ou d'interdiction, puis la cigarette électronique. Cette organisation s'est en outre avérée être largement parrainée, y compris financièrement, par l’industrie ; information omise dans ses formulaire 990 et ses états financiers mis en ligne sur son site Internet, mais qui a été révélée et documentée en 2013 par une enquête du journal Mother Jones[74] ; Son budget dépend fortement d'entreprises ayant un intérêt à influencer les débats scientifiques[74]. Cet American Council on Science and Health (ACSH) sollicite en outre directement des dons de l'industrie en ciblant des sujets pour lesquels des controverses sur la santé et la sécurité ont déjà été mis en évidence puis se montre être un ardent défenseur de l'industrie[74].
    Selon Berezow et Bloom de l'ACSH «… il n'y a aucune preuve épidémiologique convaincante pour suggérer que les signaux Wi-Fi ont des effets néfastes sur la santé…» ce qui selon Martin L.Pall n'est qu'une autre manière de dire que la recherche des effets biologiques du Wi-Fi ne fait que commencer (au moment de cette déclaration, il n'y avait que moins d'une trentaine de (petites) études sur l'Homme. Et aucune ne portait sur une grande cohorte ni ne s'appuyant sur des cas-témoins). En outre, la généralisation du Wi-Fi étant récente, il faut du temps pour observer d'éventuels effets biologiques de long terme. Finalement, non seulement l’État du Maryland a persisté, mais le CEHPAC a précisé en 2016 qu'il avait aussi vis à vis des enfants des « préoccupations supplémentaires concernant les téléphones mobiles et les tours de téléphonie cellulaire, sujets sur lesquels il comptait se pencher à partir de 2017[75].
  • la ville d'Haifa (Israël) puis Turin (Italie) ont choisi de réduire le Wi-Fi au profit du câble/fibre[76]
  • Au Canada, au moins deux universités (Université de LakeHead et Université de l'Ontario) en ont interdit ou limité l'installation au profit d'un réseau filaire », et la première dispose encore d'un réseau wi-fi[77], mais limiterait l'utilisation du téléphone cellulaire sur son campus[78].
  • En France, cinq bibliothèques parisiennes ont débranché leurs installations Wi-Fi après que plusieurs membres du personnel se sont déclarés incommodés (fin 2008, ces bornes ont été rebranchées après audit technique des sites)[79]. La Bibliothèque nationale de France, qui a décidé d'appliquer le principe de précaution, avait déclaré choisir l'alternative filaire par le biais d'une liaison Ethernet, mais n'a à ce jour[Quand ?] pas équipé ses salles de lecture accessibles au public de prises RJ45

Au nom du principe de précaution, certains[Qui ?] recommandent de désactiver le Wi-Fi de sa box autant que possible[80].

Partage des bandes de fréquences

Le Wi-Fi utilise principalement les bandes de fréquence dites « industrielle, scientifique et médicale », ISM, de 2,4 à 2,483 5 GHz et de 5,150 GHz à 5,850 GHz, partagées avec d'autres types d'usages, ce qui peut conduire à des problèmes d'interférences et de brouillages causés par des fours à micro-ondes, des transmetteurs domestiques, des relais, la télémesure, la télémédecine, la télé-identification, les caméras sans fil, le Bluetooth, les émissions de télévision amateur (amateur TV ou ATV), etc. Inversement, des systèmes tels que la radio-identification (RFID) tendent à compléter les usages du Wi-Fi pour bénéficier de son infrastructure déjà en place, notamment pour la géolocalistaion[81],[82].

En Wi-Fi, il est recommandé de ne pas utiliser la même fréquence que celle utilisée par les voisins immédiats (collisions) et de ne pas utiliser une fréquence trop proche (interférences). Voir aussi la liste des canaux Wi-Fi.

Applications et usages du Wi-Fi
Téléphone utilisant la voix sur IP en Wi-Fi.

Cette technologie peut ouvrir les portes à un grand nombre d’applications pratiques. Elle peut être utilisée avec de l’IPv4, ou de l’IPv6, et permet le développement de nouveaux algorithmes distribués[83].

Les utilisateurs des hotspots peuvent se connecter dans des cafés, des hôtels, des aéroports, etc. et accéder à Internet mais aussi bénéficier de tous les services liés à Internet (World Wide Web, courrier électronique, téléphonie (VoIP), téléphonie mobile (VoIP mobile), téléchargements, etc.). Cet accès est utilisable de façon fixe, mais parfois également en situation de mobilité (exemple : le hotspot disponible dans les trains Thalys).

Moto-taxi du Kenya, avec Wi-Fi.

Les hotspots Wi-Fi contribuent à constituer ce que l'on peut appeler un « réseau pervasif ». En anglais, « pervasive » signifie « omniprésent ». Le réseau pervasif est un réseau dans lequel nous sommes connectés, partout, tout le temps si nous le voulons, par l’intermédiaire de nos objets communicants classiques (ordinateurs, téléphones) mais aussi, grâce à des objets multiples équipés d’une capacité de mémoire et d’intelligence : systèmes de positionnement GPS pour voiture, jouets, lampes, appareils ménagers, etc. Ces objets dits « intelligents » sont d’ores et déjà présents autour de nous et le phénomène est appelé à se développer avec le développement du réseau pervasif. À observer ce qui se passe au Japon, aux États-Unis mais aussi en France, l’objet communicant est un levier de croissance pour tout type d’industrie.

En parallèle des accès classiques de type hotspot, le Wi-Fi peut être utilisé pour la technologie de dernier kilomètre dans les zones rurales, couplé à des technologies de collecte de type satellite, fibre optique, WiMAX ou liaison louée.

Les téléphones et smartphones Wi-Fi (GSM, UMTS, DECT) utilisant la technologie VoIP sont devenus très courants.

À Paris, il existe un réseau important de plusieurs centaines de cafés offrant aux consommateurs une connexion Wi-Fi gratuite. Depuis , Paris WI-FI propose gratuitement à Paris 400 points d’accès dans 260 lieux municipaux.

Les opérateurs de réseau mobile offrent souvent des solutions permettant aux téléphones mobiles d'utiliser, de façon transparente pour l'utilisateur, les hotspots Wi-Fi disponibles à proximité, qu'il s'agisse de nouvelles versions de hot-spots publics, de terminaux fixes (box) des abonnés du fournisseur, voire dans le cadre d'une interopérabilité entre fournisseurs. L'objectif est de faciliter l'accès à l'internet mobile et vise à dé-congestionner la bande passante utilisée par les réseaux 3G et 4G[84].

Antennes Wi-Fi
Antenne tige basique omnidirectionnelle à 2,4 GHz.

Antennes omnidirectionnelles

Les antennes Wi-Fi à couverture omnidirectionnelles ou hémisphériques sont quantitativement les plus répandues ; elles sont notamment utilisées dans les hotspots Wi-Fi et dans les smartphones. Dans ce groupe d'antennes plusieurs types existent :

  • le dipôle ressemblant à un stylo est l’antenne tige basique (¼ d’onde) la plus rencontrée. Il est omnidirectionnel, et est destiné à la desserte de proximité. Il équipe aussi certains modèles de caméras sans fil numériques Wi-Fi à 2,4 GHz (conformes CE) permettant une PIRE (Puissance Isotrope Rayonnée Équivalente) maximale autorisée de 100 mW, 20 dBm (D standard indicatif = 500 m à vue).
  • L’antenne colinéaire souvent installée sur les toits. Elle est omnidirectionnelle, son gain, 7 à 15 dBi, est lié à sa dimension verticale pouvant atteindre 2 m.
  • Les antennes patch (plates) notamment utilisées dans les smartphones et les tablettes tactiles.

Les deux premiers types fonctionnent en polarisation V ; elles peuvent être considérées comme des antennes de stations d’accueil ou de base puisque compatibles avec un environnement 360°.

Antennes directionnelles
  • L’antenne panneau peut être intérieurement un réseau d’antenne quad ou d’antenne patch, ou un réseau de dipôles. Le gain commence vers 8 dBi (8 × 8 cm) pour atteindre 21 dBi (45 × 45 × 4,5 cm). C’est l’antenne qui présente le meilleur rapport gain/encombrement et aussi le meilleur rendement, qui se situe autour de 85 à 90 %. Au-delà de ce gain maximum, elle est difficile à fabriquer, car surgissent des problèmes de couplage (pertes) entre étages des dipôles et il faudrait en plus envisager le doublement de la surface.
Le volume d’une antenne panneau est minimal.
  • L’antenne type parabole pleine ou ajourée (grille). Son intérêt d’emploi se situe dans la recherche du gain obtenu à partir d’un diamètre théorique d’approche suivant :
    • 18 dBi = 46 cm ;
    • 19 dBi = 52 cm ;
    • 20 dBi = 58 cm ;
    • 21 dBi = 65 cm ;
    • 22 dBi = 73 cm ;
    • 23 dBi = 82 cm ;
    • 24 dBi = 92 cm ;
    • 25 dBi = 103 cm ;
    • 26 dBi = 115 cm ;
    • 27 dBi = 130 cm ;
    • 28 dBi = 145 cm ;
    • 29 dBi = 163 cm ;
    • 30 dBi = 183 cm.
Le rendement de la parabole est moyen, 45~55 %. Le volume de l’antenne, qui tient compte de la longueur du bracon (bras qui éloigne la tête de réception du réflecteur parabolique), donc de la focale, est significatif.
Une parabole satellite (exemple TPS/CS sans tête 11-12 GHz) est exploitable en Wi-Fi, à condition de prévoir une source adaptée : cornet, patch ou quad mono ou double, etc.

Choix d’antenne

Les antennes à gain directionnelles ou omnidirectionnelles sont destinées à la « plus longue portée », possible, quelques kilomètres.

Les antennes panneaux et paraboliques sont uniquement directionnelles, c’est-à-dire qu’elles favorisent une direction privilégiée (plus ou moins ouverte) au détriment d’autres non souhaitées.

Les antennes panneaux sont souvent préférées (voire préférables) lorsque le bilan de liaison est favorable, mais, dès que le système doit être plus performant, les paraboles deviennent nécessaires. Le point d’équilibre, à 21 dBi, se fait avec d’un côté un panneau carré de 45 cm et de l’autre une parabole d = 65 cm.

En conclusion, en directionnel, ou point à point, il est plus intéressant de s’équiper d’abord d’un panneau, puis, si les circonstances l’exigent, d’une parabole.

Les antennes Wi-Fi sont généralement dotées de connecteurs SMA, RP-SMA (reverse polarity SMA), ou N selon le constructeur. Cependant, les antennes à gain (exprimé en dBi ou en dBd) employées à l’émission (réception libre) doivent respecter la réglementation PIRE (puissance isotrope rayonnée équivalente).

Autres antennes

Il existe d’autres antennes, moins connues, et celles conçues par les wifistes, comme l’antenne cornet, les antennes 2,5 GHz de réalisation amateur, les Yagi, les cornières, les dièdres, les « discones », etc. mais seules les tiges, les panneaux et les paraboles sont significativement utilisées.

Pour améliorer les échanges, il peut être monté au plus près de l’antenne un préamplificateur d’antenne (RX) avec ou sans ampli de puissance mais toujours de type bidirectionnel.

Notes et références

Références
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* Certains passages de cet article, ou d’une version antérieure de cet article, sont basés sur l’article Introduction au Wi-Fi (802.11) du site Web Comment ça marche ?. L’article d’origine porte la notice de copyright suivante : « © Copyright 2003 Jean-François Pillou - Hébergé par Web-solutions.fr. Ce document issu de CommentCaMarche.net est soumis à la licence GNU FDL. Vous pouvez copier, modifier des copies de cette page tant que cette note apparaît clairement. »

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