Quand la ville absorbe les ondes : enquête sur le parcours des hautes fréquences

Frémissements invisibles : l’entrée en scène des hautes fréquences

Dans les villes, la matière vibre bien plus que le béton n’en laisse paraître. La lumière, la chaleur, les radiations, et, entremêlées dans le spectre électromagnétique, les ondes que nous qualifions de “hautes fréquences” — celles qui font vibrer le Wi-Fi, la téléphonie mobile (notamment 4G et 5G), le Bluetooth. Mais que deviennent ces signaux dans la jungle urbaine ? Quel sort réservent nos murs, toitures, vitrages, et nos propres corps à ces messagers invisibles ?

Sous la surface des débats sur la 5G, l’électrosensibilité ou l’omniprésence du sans-fil, se cache un phénomène simple : plus la fréquence d’une onde est élevée, plus son parcours dans la ville devient chaotique. Nous avons exploré la littérature scientifique, interrogé des chercheurs et croisé les rapports de l’ANFR, de l’OMS et du CNRS pour démêler la part de science, de technique et de société dans cette absorption silencieuse.

Qu’appelle-t-on “hautes fréquences” ?

Le spectre électromagnétique s’étend de l’extrêmement basse fréquence (réseau électrique à 50/60 Hz) aux rayonnements ionisants comme les rayons X ou gamma. Ici, nous focalisons sur les ondes de radiofréquence (RF) comprises entre 1 GHz et 100 GHz, une plage qui englobe la 4G, la 5G, le Wi-Fi (2,4 et 5 GHz), voire le WiGig (60 GHz). Ces fréquences se distinguent de la radio FM (100 MHz) ou de la télévision numérique (470-790 MHz) par leur capacité à transporter plus d’informations… mais pas à franchir tous les obstacles.

• 4G/LTE : 700 MHz à 2,6 GHz
• Wi-Fi : 2,4 GHz et 5 GHz (Wi-Fi 6E, expérimental sur 6 GHz), jusqu'au WiGig sur 60 GHz
• 5G : de 700 MHz (couverture) à 3,5 GHz (cœur du déploiement), et pistes d'utilisation des ondes dites “millimétriques” (26 GHz et plus)
• Backhauls (ponts radio pour la fibre, certains radars) : 23 à 86 GHz

Elles sont donc omniprésentes, mais rencontrent un univers matériel qui n’est pas aussi perméable que l’air pur du laboratoire.

Matériaux de la ville : des frontières poreuses ou infranchissables ?

Pour comprendre l’absorption, il faut imaginer chaque mur, chaque vitre, chaque feuille d’arbre comme un filtre — dont les propriétés dépendent à la fois de leur composition chimique et physique, et de la longueur d’onde qui tente de les franchir. Pour exemple, à 3,5 GHz (5G actuelle), la longueur d’onde est de 8,5 centimètres ; à 26 GHz (5G dite “millimétrique”), moins de 1,2 centimètre.

L’absorption dans le béton, le verre, le bois

• Béton : L’un des pires ennemis des hautes fréquences. Une dalle de 15 cm absorbe selon sa teneur en eau jusqu’à 30 dB à 2,4 GHz (source : ITU-R P.2040-1). En clair, le signal est déjà divisé par 1 000 en puissance après ce seul obstacle, à une fréquence pourtant modérée.
• Verre : Transparence trompeuse. Un double vitrage standard laisse filtrer 25 à 40 % d’un signal Wi-Fi ; un vitrage à isolation renforcée, recouvert de couches métalliques, peut n’en transmettre que 1 % à 5 % à 2,4 GHz (ANFR 2021).
• Bois et plâtre : Moins opaques, mais l’humidité influe. Un mur intérieur en plâtre absorbe 3 à 7 dB à 2,4 GHz (multiplication par deux à cinq de la perte chaque fois) (IEEE Transactions 2014).
• Feuillage : Les feuilles gorgées d’eau, en été, sont de véritables pièges à ondes — amplifié aux hautes fréquences, où l’eau absorbe massivement.

La ville, un puzzle d’absorption et de réflexion

La propagation des hautes fréquences ne relève pas d’un simple tir laser traversant l’espace. Dans la rue, le signal se heurte, rebondit, ricoche, diffracte. La diversité des matériaux façonne une “carte invisible” dans chaque quartier. L’urbaniste voit un front bâti ; le physicien, une mosaïque de pertes et de chemins tortueux.

Pourquoi l’absorption croît-elle avec la fréquence ?

Pour la majorité des matériaux, les pertes augmentent avec la fréquence. Deux mécanismes principaux l’expliquent :

1. Pénétration plus faible : Les hautes fréquences pénètrent moins loin dans la matière. Le “pouvoir de pénétration” à 700 MHz permet de traverser plusieurs murs (avec de l’atténuation), alors qu’à 26 GHz la majorité du signal est bloquée par le premier obstacle massif.
2. Effet diélectrique : Les matériaux, surtout ceux contenant de l’eau (béton, brique, feuilles), absorbent davantage d’énergie à mesure que la fréquence monte. À 60 GHz, le taux d’absorption dans un mur humide peut dépasser 40 à 50 dB sur 20 cm (source : ITU-R P.2040-1).

Ce cocktail explique pourquoi les opérateurs télécoms évitent — à ce jour — de déployer massivement la 5G “millimétrique” en France : la couverture d’une antenne dépasse rarement 200 à 300 mètres en milieu dense, et ne franchit plus les façades.

Illustrer l’invisible : expériences et mesures

Quelques exemples marquants issus des publications scientifiques et rapports d’agences :

• Dans une tour d’habitation moderne (École des Ponts ParisTech, 2020), le signal d’une antenne 5G à 3,5 GHz chutait déjà de 70 % de sa puissance en pénétrant le premier mur extérieur.
• L’ANFR (Agence nationale des fréquences) observe une réduction de 80 % du champ électrique (exprimé en V/m) entre l’espace public et les appartements en zone urbaine dense, pour le Wi-Fi.
• À 28 GHz, une expérience à New York (NYU Wireless, 2018) montrait qu’un lampadaire ou une silhouette humaine pouvaient faire baisser le signal de 15 à 30 dB (soit 97 % d’atténuation) — autrement dit, un passant coupe la liaison presque aussi efficacement qu’un mur mince.

Ces chiffres pourraient sembler rassurants pour qui craint une “invasion” des ondes dans l’habitat ; ils inquiètent l’ingénieur confronté à la promesse d’un Internet ultra-rapide partout.

La densité urbaine, facteur d’absorption et de complexité

Plus la ville se densifie, plus l’absorption et la réflexion des ondes se complexifient. À hauteur des trottoirs, la multitude des objets (panneaux de signalisation, voitures, abribus, feuillage) forme une véritable barrière mobile.

• Zones d’ombre : Environ 35 % d’une voie urbaine peut se retrouver en “ombre radio” à 3,5 GHz, selon des simulations menées à Lyon et Tokyo (CSTB, 2021).
• Multiplication des antennes : Pour compenser l’absorption, les opérateurs installent des “small cells” tous les 100 à 200 mètres en cœur de ville (source : GSMA Intelligence).
• Effet “canyon urbain” : Les hauts immeubles canalisent les signaux dans la rue mais les perdent en étage — effet amplifié pour les fréquences supérieures à 10 GHz (source : IEEE Communications Surveys).

Absorption, santé, société : questions ouvertes

La question de l’absorption n’est pas neutre : elle façonne l’exposition des habitants, la qualité de service, la fracture numérique. Mais l’absence ou la forte atténuation d’ondes ne signifie pas l’absence de questions.

“La complexité des environnements urbains rend toute prédiction locale très délicate, et nourrit la méfiance comme la confiance” — Rapport ANSES, 2022.

Du point de vue sanitaire, l’absorption joue un double rôle :

1. Moindre pénétration, moindre exposition : Les lieux protégés par de bonnes enveloppes (murs épais, vitrages spéciaux, sous-sols) sont réellement moins exposés à la puissance des hautes fréquences. Les mesures de l’ANFR montrent des niveaux d’exposition intérieurs de 10 à 100 fois inférieurs à l’extérieur.
2. Compensation technologique : Les appareils portables (smartphones, routeurs) peuvent élever leur puissance d’émission pour compenser la perte, augmentant alors localement l’exposition, surtout près de l’utilisateur.

Le compromis est permanent entre connectivité et précaution ; la régulation tente de suivre (plus ou moins vite) l’évolution des usages et des craintes.

“Comprendre” : l’absorption urbaine en cinq points

• Plus la fréquence est élevée, plus l’onde est bloquée par le premier obstacle “lourd” rencontré.
• Béton et métal sont des murs presque infranchissables au-delà de 3 GHz ; le verre technique laisse passer à peine 1 à 5 % du signal.
• Le parcours de l’onde est moins une ligne droite qu’une succession de ricochets, créant des zones d’ombre et d’excès.
• Chaque nouvelle génération technologique doit composer avec la “débâcle” du signal dans la ville.
• L’absorption n’est ni un “blindage” parfait, ni un remède aux inquiétudes sanitaires, mais un paramètre dynamique, spatial et collectif.

Quels chantiers pour demain ? Espaces à explorer

Les innovations se poursuivent : fenêtres “intelligentes” laissant passer les ondes, nouveaux revêtements muraux, antennes capables de s’ajuster à leur environnement, réseaux “mesh” qui rediffusent le signal comme un écho continu… Mais l’absorption restera une réalité physique à traverser, transformer, contourner.

La recherche s’oriente désormais vers la résolution fine : comment cartographier ces zones d’ombre à l’échelle du quartier ? Comment adapter la ville à la connectivité sans sacrifier la vie privée ? La seule certitude : sous le béton et la brique, les ondes continuent de jouer à cache-cache avec le vivant.

Dans ce jeu silencieux entre le haut débit et les murs épais, chaque innovation technologique invite à repenser nos liens — invisibles, mais bel et bien présents — entre l’urbain, le numérique et le corps social.

• Sources : ITU-R P.2040-1, ANFR (2021, 2022), CNRS Le Journal, IEEE Transactions (2014), CSTB (2021), GSMA Intelligence, NYU Wireless (2018), Rapport ANSES (2022).