Sans fil

La communication sans fil (ou simplement sans fil , selon le contexte) est le transfert d'informations ( télécommunications ) entre deux ou plusieurs points sans l'utilisation d'un conducteur électrique , d'une fibre optique ou de tout autre support de transmission continu. Les technologies sans fil les plus courantes utilisent les ondes radio . Avec les ondes radio, les distances visées peuvent être courtes, comme quelques mètres pour le Bluetooth , ou atteindre des millions de kilomètres pour les communications radio spatiales . Elle englobe divers types d'applications fixes, mobiles et portables, notamment les radios bidirectionnelles , les téléphones cellulaires et les réseaux sans fil . Parmi les autres applications de la technologie sans fil radio, on peut citer les GPS , les ouvre-portes de garage , les souris , claviers et casques d'ordinateur sans fil, les écouteurs , les récepteurs radio , la télévision par satellite, la télévision hertzienne et les téléphones sans fil . Des méthodes moins courantes de communication sans fil font appel à d'autres phénomènes électromagnétiques , tels que la lumière, les champs magnétiques ou électriques, ou encore au son.

Le terme « sans fil » a été utilisé à deux reprises dans l'histoire des communications, avec des significations légèrement différentes. Il a d'abord été employé vers 1890 pour désigner les premières technologies de transmission et de réception radio, comme la télégraphie sans fil , jusqu'à ce que le mot « radio » le remplace aux alentours de 1920. Au Royaume-Uni et dans le monde anglophone, les postes de radio non portables ont continué d'être appelés « postes sans fil » jusque dans les années 1960. Le terme « sans fil » a été remis au goût du jour dans les années 1980 et 1990, principalement pour distinguer les appareils numériques qui communiquent sans fil, tels que les exemples cités précédemment, de ceux qui nécessitent des fils ou des câbles. Cet usage est devenu prédominant dans les années 2000, avec l'avènement de technologies telles que le haut débit mobile , le Wi-Fi et le Bluetooth .

Les communications sans fil permettent de fournir des services, tels que les communications mobiles et interplanétaires, impossibles ou impraticables à mettre en œuvre par voie filaire. Ce terme est couramment employé dans le secteur des télécommunications pour désigner les systèmes de télécommunications (émetteurs et récepteurs radio, télécommandes, etc.) qui utilisent une forme d'énergie ( ondes radio ou énergie acoustique) pour transmettre des informations sans fil. L'information est ainsi transmise sur de courtes et de longues distances .

La première conversation téléphonique sans fil eut lieu en 1880, lorsque Alexander Graham Bell et Charles Sumner Tainter inventèrent le photophone , un téléphone transmettant le son par un faisceau lumineux. Le photophone nécessitait la lumière du soleil et une ligne de visée directe entre l'émetteur et le récepteur, ce qui limitait considérablement son utilisation pratique. Il fallut attendre plusieurs décennies avant que les principes du photophone ne trouvent leurs premières applications concrètes dans les communications militaires , puis dans les communications par fibre optique .

Plusieurs techniques de signalisation électrique sans fil, notamment la transmission de courants électriques à travers l'eau et le sol par induction électrostatique et électromagnétique, ont été étudiées pour la télégraphie à la fin du XIXe siècle, avant l'avènement des systèmes radio pratiques. Parmi celles-ci figuraient un système d'induction breveté par Thomas Edison permettant à un télégraphe embarqué sur un train en marche de se connecter à des fils télégraphiques parallèles aux voies ferrées, un système de télégraphe à induction de William Preece pour la transmission de messages par-dessus l'eau, ainsi que plusieurs systèmes de télégraphie et de transmission vocale par conduction terrestre, opérationnels ou en projet.

Le système Edison a été utilisé par les trains immobilisés lors de la grande tempête de neige de 1888 et les systèmes conducteurs terrestres ont trouvé une utilisation limitée entre les tranchées pendant la Première Guerre mondiale, mais ces systèmes n'ont jamais été économiquement viables.

En 1894, Guglielmo Marconi entreprit de développer un système de télégraphie sans fil utilisant les ondes radio , connues depuis la démonstration de leur existence par Heinrich Hertz en 1888 , mais écartées comme moyen de communication car considérées à l'époque comme un phénomène de courte portée. Marconi mit rapidement au point un système transmettant des signaux à des distances bien supérieures à celles que l'on aurait pu prévoir (en partie grâce à la réflexion des signaux sur l' ionosphère, alors inconnue ). Marconi et Karl Ferdinand Braun reçurent le prix Nobel de physique en 1909 pour leur contribution à cette forme de télégraphie sans fil.

En 1898, Nikola Tesla présenta au Madison Square Garden le premier navire radiocommandé . Il s'agissait d'un « téléautomate » de 1,20 mètre de long, commandé par un boîtier sans fil muni de leviers. Ce petit bateau utilisait des ondes radio pour actionner son hélice , son gouvernail et ses feux. Le public fut, semble-t-il, stupéfait, certains allant jusqu'à spéculer que le bateau était contrôlé par magie , télépathie ou par un singe dressé à bord. Tesla tenta de présenter son invention à la marine américaine comme une torpille radiocommandée ou un drone armé. Cependant, la marine ne sembla pas convaincue par l'idée.

La communication par ondes millimétriques a été étudiée pour la première fois par Jagadish Chandra Bose entre 1894 et 1896, période durant laquelle il a atteint une fréquence extrêmement élevée de 60 GHz lors de ses expériences. Il a également introduit l'utilisation de jonctions semi-conductrices pour détecter les ondes radio, lorsqu'il a breveté le détecteur à cristal radio en 1901.

La révolution sans fil a débuté dans les années 1990 avec l'avènement des réseaux numériques sans fil , entraînant une révolution sociale et un changement de paradigme du filaire au sans fil Ce changement s'est traduit par la prolifération de technologies sans fil commerciales telles que les téléphones portables , la téléphonie mobile , les pagers , les réseaux informatiques sans fil , les réseaux cellulaires , l' Internet sans fil et les ordinateurs portables et de poche dotés de connexions sans fil . Cette révolution a été portée par les progrès réalisés dans les domaines de la radiofréquence (RF), de la microélectronique et de l'ingénierie des micro-ondes , ainsi que par la transition de la technologie RF analogique à la technologie RF numérique Cette transition a permis une augmentation substantielle du trafic vocal et la transmission de données numériques telles que les SMS, les images et le streaming multimédia .

Les communications sans fil peuvent se faire via :

Les communications radio et micro-ondes transmettent des informations en modulant les propriétés des ondes électromagnétiques propagées dans l'espace. Plus précisément, l'émetteur génère des ondes électromagnétiques artificielles en appliquant des courants électriques variables à son antenne . Ces ondes se propagent depuis l'antenne jusqu'à atteindre celle d'un récepteur, induisant un courant électrique dans cette dernière. Ce courant peut être détecté et démodulé pour reconstituer l'information émise par l'émetteur.

La communication optique en espace libre (FSO) est une technologie de communication optique qui utilise la lumière se propageant dans l'espace libre pour transmettre des données sans fil, notamment pour les télécommunications et les réseaux informatiques . L'expression « espace libre » signifie que les faisceaux lumineux se propagent dans l'air libre ou dans l'espace. Cela contraste avec d'autres technologies de communication qui utilisent des faisceaux lumineux circulant dans des lignes de transmission telles que les fibres optiques ou les guides d'ondes diélectriques.

Cette technologie s'avère utile lorsque les connexions physiques sont impraticables en raison de coûts élevés ou d'autres contraintes. Par exemple, les liaisons optiques en espace libre sont utilisées dans les villes entre des immeubles de bureaux non câblés, car le coût du déploiement de câbles à travers le bâtiment et sous la rue serait prohibitif. Autre exemple courant : les appareils infrarouges grand public, tels que les télécommandes , et le réseau IrDA ( Infrared Data Association ), utilisé comme alternative au Wi-Fi pour permettre aux ordinateurs portables, assistants numériques personnels (PDA), imprimantes et appareils photo numériques d'échanger des données.

La communication sonique, et notamment ultrasonique, à courte portée implique la transmission et la réception du son.

L'induction électromagnétique ne permet que la communication et la transmission d'énergie à courte portée. Elle a été utilisée dans des applications biomédicales, notamment pour les stimulateurs cardiaques, ainsi que pour les étiquettes RFID à courte portée .

Exemples courants d’équipements sans fil :

• Dispositifs de télécommande infrarouges et ultrasoniques
• Les radios mobiles terrestres (LMR ) et les radios mobiles spécialisées (SMR) professionnelles sont généralement utilisées par les entreprises, les industries et les organismes de sécurité publique.
• Radios bidirectionnelles grand public , y compris les radios FRS ( Family Radio Service ), GMRS (General Mobile Radio Service) et CB (Citizens Band).
• Le service de radioamateur (radioamateur).
• Radios VHF marines grand public et professionnelles .
• Équipements de radionavigation et de bande aéronautique utilisés par les aviateurs et le contrôle aérien
• Téléphones cellulaires et pagers : assurent la connectivité pour les applications portables et mobiles, personnelles et professionnelles.
• Système de positionnement global (GPS) : permet aux conducteurs de voitures et de camions, aux capitaines de bateaux et de navires, et aux pilotes d'avions de déterminer leur position partout sur Terre.
• Périphériques informatiques sans fil : la souris sans fil en est un exemple courant ; les casques, claviers et imprimantes sans fil peuvent également être connectés à un ordinateur sans fil grâce à des technologies telles que l’USB sans fil ou le Bluetooth .
• Téléphones sans fil : ce sont des appareils à portée limitée, à ne pas confondre avec les téléphones cellulaires.
• Télévision par satellite : Elle est diffusée depuis des satellites en orbite géostationnaire . Les services classiques utilisent la diffusion directe par satellite pour proposer plusieurs chaînes de télévision aux téléspectateurs.

Les radios AM et FM, ainsi que d'autres appareils électroniques, utilisent le spectre électromagnétique . Les fréquences du spectre radioélectrique disponibles pour les communications sont considérées comme une ressource publique et sont réglementées par des organismes tels que la Federal Communications Commission (FCC) aux États-Unis , l'Ofcom au Royaume-Uni, l' UIT-R (Union internationale des télécommunications) ou l' ETSI ( Agence européenne de la technologie). Leurs réglementations déterminent les plages de fréquences utilisables, leurs finalités et les personnes autorisées à les utiliser. En l'absence d'un tel contrôle ou d'alternatives comme la privatisation du spectre électromagnétique, une situation chaotique pourrait survenir si, par exemple, les compagnies aériennes ne disposaient pas de fréquences spécifiques et qu'un radioamateur perturbait les manœuvres d'atterrissage d'un avion. Les communications sans fil couvrent le spectre de 9 kHz à 300 GHz.

L'un des exemples les plus connus de technologie sans fil est le téléphone mobile, également appelé téléphone cellulaire, qui comptait plus de 6,6 milliards d'abonnements dans le monde à la fin de l'année 2010. Ces téléphones sans fil utilisent les ondes radio émises par des antennes relais pour permettre à leurs utilisateurs de passer des appels depuis de nombreux endroits dans le monde. Ils peuvent être utilisés dans la zone de couverture de l' antenne-relais qui abrite les équipements nécessaires à l'émission et à la réception des signaux radio.

Les communications de données sans fil permettent la mise en réseau sans fil d' ordinateurs de bureau , d'ordinateurs portables, de tablettes , de téléphones mobiles et d'autres appareils similaires. Les différentes technologies disponibles diffèrent en termes de disponibilité locale, de portée et de performances Dans certains cas, les utilisateurs emploient plusieurs types de connexion et basculent entre eux à l'aide d'un logiciel de gestion de connexion ou d'un VPN mobile afin de gérer ces connexions multiples comme un réseau virtuel unique et sécurisé . Les technologies prises en charge incluent :

Le Wi-Fi est un réseau local sans fil qui permet aux appareils informatiques portables de se connecter facilement à d'autres appareils, périphériques et à Internet. Normalisé sous la norme IEEE 802.11 a , b , g , n , ac et ax , le Wi-Fi offre des débits similaires aux anciennes normes Ethernet filaires . Il est devenu la norme de facto pour l'accès à Internet dans les foyers, les bureaux et les points d'accès publics. Certaines entreprises facturent un abonnement mensuel à leurs clients, tandis que d'autres l'offrent gratuitement afin d'augmenter leurs ventes.

Le service de données cellulaires offre une couverture dans un rayon de 16 à 24 kilomètres autour de l' antenne-relais la plus proche . Les débits ont augmenté avec l'évolution des technologies, des technologies antérieures telles que le GSM , le CDMA et le GPRS , en passant par la 3G , jusqu'aux réseaux 4G tels que le W-CDMA , l'EDGE ou le CDMA2000 . La 5G est désormais utilisée depuis 2026 .

Les réseaux étendus à faible consommation ( LPWAN ) comblent le fossé entre le Wi-Fi et le cellulaire pour les applications Internet des objets (IoT) à faible débit .

Les communications mobiles par satellite peuvent être utilisées là où d'autres connexions sans fil sont indisponibles, comme dans les zones rurales ou les endroits isolés. Les communications par satellite sont particulièrement importantes pour les transports, l'aviation, le secteur maritime et les applications militaires.

Les réseaux de capteurs sans fil sont chargés de détecter le bruit, les interférences et l'activité dans les réseaux de collecte de données. Cela nous permet de détecter les quantités pertinentes, de surveiller et de collecter des données, de formuler des affichages clairs pour l'utilisateur et d'effectuer des fonctions de prise de décision

Les communications de données sans fil sont utilisées pour couvrir une distance au-delà des capacités du câblage classique dans les communications point à point et point à multipoint , pour fournir une liaison de communication de secours en cas de panne normale du réseau, pour relier des postes de travail portables ou temporaires, pour surmonter les situations où le câblage normal est difficile ou financièrement impraticable, ou pour connecter à distance des utilisateurs ou des réseaux mobiles.

Les périphériques informatiques peuvent également être connectés sans fil, soit via un réseau Wi-Fi, soit directement par une interface périphérique optique ou radiofréquence (RF). À l'origine, ces dispositifs utilisaient des émetteurs-récepteurs volumineux et à portée limitée pour assurer la communication entre un ordinateur, un clavier et une souris ; cependant, les générations plus récentes utilisent des dispositifs plus petits et plus performants. Les interfaces radiofréquences, telles que Bluetooth ou USB sans fil , offrent une portée plus importante, généralement jusqu'à 3 mètres, mais la distance, les obstacles physiques, les interférences et même la présence du corps humain peuvent dégrader la qualité du signal. Des inquiétudes concernant la sécurité des claviers sans fil sont apparues fin 2007 lorsqu'il a été révélé que le système de chiffrement implémenté par Microsoft dans certains de ses modèles 27 MHz était très vulnérable.

Le transfert d'énergie sans fil est un procédé permettant de transmettre de l'énergie électrique d'une source d'alimentation à une charge électrique dépourvue de source d'alimentation intégrée, sans l'utilisation de câbles. Il existe deux méthodes fondamentales de transfert d'énergie sans fil : le transfert en champ lointain, qui utilise des faisceaux d'énergie/lasers, des transmissions radio ou micro-ondes, et le transfert en champ proche, qui utilise l'induction électromagnétique. Le transfert d'énergie sans fil peut être combiné à la transmission d'informations sans fil, donnant naissance à la communication alimentée sans fil. En 2015, des chercheurs de l'Université de Washington ont démontré le transfert d'énergie en champ lointain à l'aide de signaux Wi-Fi pour alimenter des caméras.

Les nouvelles technologies sans fil, telles que les réseaux corporels mobiles (MBAN), permettent de surveiller la pression artérielle, la fréquence cardiaque, le taux d'oxygène et la température corporelle. Le MBAN fonctionne en envoyant des signaux sans fil de faible puissance à des récepteurs reliés à des postes de soins ou des sites de surveillance. Cette technologie contribue à réduire les risques, intentionnels ou non, d'infection ou de déconnexion liés aux connexions filaires.