Notre dossier

[Mis à jour le 25 février à 14h58] La 5G est au cœur du Mobile World Congress (MWC), le salon de l’industrie de la téléphonie mobile qui se tient du 2 février au 3 mars à Barcelone. Mais un thème plus précisément est mis en avant par des acteurs comme l’Institut de recherche technologique (IRT) b<>com ou l’acteur des télécommunications NTT : les réseaux privés. « Jusqu’à l’arrivée de la 5G, il n’y avait pas de bande de fréquence disponible à des prix accessibles. L’attribution de bandes de fréquence pour la 5G rend l’équation financière possible, d’où l’explosion de la demande pour des réseaux privés », explique Mathieu Lagrange, directeur réseaux et sécurité chez b<>com, qui fait des réseaux privés l’axe essentiel de sa stratégie et présentera aux acteurs internationaux présents au MWC sa solution logicielle de 5G privés appelée Dôme.

Pour les industriels, les principaux avantages de ces réseaux privés est de leur permettre de connecter leurs applicatifs et leurs terminaux métier à leur système d’information sur des sites de grandes surfaces et d’accroître la densité de leurs objets connectés, notamment pour la vidéosurveillance et l’optimisation des processus de fabrication. « Par exemple, un technicentre de la SNCF a une superficie de 10 hectares, les agents ont besoin de pouvoir se connecter en tout lieu », souligne Mathieu Lagrange. Autre enjeu : la sécurisation des données. Selon une étude publiée en décembre 2021 par NTT et le think tank Economist Impact, « l’amélioration de la confidentialité et de la sécurité des données est le résultat le plus attendu de la mise en œuvre de réseaux 5G privés ».

Qu’est-ce que la 5G ?

La 5G, dont le nom officiel est IMT-2020, est la cinquième génération de standards pour la téléphonie mobile. Elle se caractérise par son débit, sa faible latence et sa capacité à connecter un grand nombre d’objets. Elle a été développée pour « éviter la saturation des réseaux annoncée en 2022 et permettre de suivre des objets à grande vitesse, ce dont n’est pas capable la 4G », rappelle Nicolas Sironneau, consultant pour la Fondation Concorde. Mais la 5G, c’est aussi d’autres usages. « On se focalise sur la technologie radio, mais la 5G ce n’est pas que ça, souligne Lionel Morand, architecte réseau chez Orange et président de chaire à l’organisme de standardisation 3GPP. Ce sera aussi la possibilité de créer des interfaces de services spécialisées pour l’industrie (le network slicing, ndlr). Omettre ce détail c’est enlever 50% de l’intérêt de la 5G. » 

Quels débits en 5G ?

Le débit est l’un des atouts majeurs de la 5G. Néanmoins, « il n’est pas le même d’un opérateur à un autre, ni même d’une ville à une autre. Tout dépend des équipements de chaque antenne et des fréquences utilisées », rappelle-ton chez Ariase. Dans les sites 4G utilisant un protocole 5G, le débit maximal théorique est égal à 240 Mbit/s. Dans la bande des 3,5 GHz, Orange évoque un débit  jusqu’à 2,1 Gb/s. 

La 5G en France

La France accuse « un retard dans le déploiement de la 5G mais reste en tête du peloton des pays européen », observe Franck Bouétard, PDG d’Ericsson en France. Les opérateurs bataillent pour agrandir leur couverture sur le territoire national. Free estime pouvoir couvrir 80% de la population française d’ici la fin de l’année 2021 en s’appuyant sur des antennes dans la bande des 700 MHz. Bouygues Telecom ambitionne aussi une couverture 5G nationale avant la fin de l’année 2021. Orange se concentre sur le déploiement de sites dans la bande 3,5 GHz pour assurer cette qualité de service. De son côté, SFR était précurseur dans le lancement de la 5G mais les déploiements ont pris du retard par rapport à ses concurrents. 

Quelles sont les caractéristiques de la 5G ?

Cette technologie de communication mobile cinquième génération prendra prochainement la suite de la 4G+ (ou LTE advanced) pour permettre aux appareils mobiles – qu’il s’agisse de smartphones, de tablettes ou encore d’objets connectés – d’envoyer et de recevoir des data en grande quantité. La 5G promet des performances accrues par rapport à la 4G : 

• Volume de données transmis multiplié par 100. Les futurs réseaux 5G seront théoriquement capables de transférer 20 gigabits de données par seconde, depuis une station de base jusqu’à un appareil connecté au réseau, et 10 gigabits par seconde dans le sens inverse
• Des débits jusqu’à 3 à 4 fois plus rapides que la 4G (voir notre test de débit Internet)
• Le temps de latence devrait être inférieur à une milliseconde, contre 25 à 40 millisecondes pour la 4G.

Les futurs utilisateurs de la 5G dans le grand public pourront télécharger un film en haute définition en deux ou trois secondes.

Quelles bandes de fréquence pour la 5G ?

La 5G a besoin de fréquences dans trois bandes de fréquences pour proposer une large couverture, à savoir : 

• Les bandes de fréquences de 700 et 800 MHz. Ce sont celles utilisées pour offrir une large couverture des zones urbaines et pour fournir les services IoT en LTE-M et NB-IoT
• La bande de fréquence comprises entre 3,4 et 3,8 GHz, nécessaires pour la capacité de la 5G et les premiers usages industriels
• Les ondes millimétriques à 26 GHz en France, indispensables pour atteindre les grandes vitesses promises.

Un guichet pour les plateformes ouvertes d’expérimentation 5G en bande 26 GHz, dite bande « millimétrique », a été lancé en janvier 2019. Onze porteurs de projet disposeront des bandes de fréquences de 26 GHz d’ici le 1^er janvier 2021 au prix de 200 euros par an et par bloc de 200 MHz, et ce pendant trois ans. Parmi les projets retenus figurent celui de la métropole de Bordeaux, qui ambitionne de mettre en place un éclairage intelligent le long des quais, celui du port du Havre qui vise à accroître ses performances et à réaliser de la maintenance prédictive, ou encore celui de la ville de Saint-Priest, pour permettre l’émergence de l’IoT haut-débit dans une zone industrielle. « Nous avons encore peu de visibilité sur les cas d’usage que permettra réellement la 5G, c’est pourquoi nous voulons associer les start-up de la French Tech à notre plateforme d’expérimentation », avait déclaré Christophe Trouillet, responsable de l’aménagement numérique du territoire à la métropole de Bordeaux.

La 5G devrait par ailleurs être capable de traiter des données de natures différentes à des rythmes différents. Les opérateurs travaillent sur des technologies permettant de découper leur réseau en plusieurs tranches, pour y faire circuler des informations plus ou moins prioritaires (network slicing, lire notre article Industriels, avec la 5G, préparez-vous à l’arrivée du network slicing). Les informations émises par un véhicule autonome en mouvement seront traitées en absolue priorité, alors que les data envoyées par un compteur de gaz intelligent pourront être envoyées avec un certain délai. Cette technologie fait toutefois débat, car elle est synonyme de fin partielle de la neutralité du net. En vertu de ce principe, les opérateurs étaient jusqu’à présent obligés de traiter à égalité toutes les données qui transitaient sur leurs réseaux, sans analyser leur contenu. Mais pour prioriser le traitement de certaines données par rapport à d’autres, ils devront savoir quel type d’informations leurs clients font transiter via leurs antennes.

Quels dangers avec la 5G ?

La 5G fait débat en raison du niveau d’ondes électromagnétiques émis qui pourrait avoir un impact sur la santé des utilisateurs. « 15% des smartphones testés sont au-dessus du seuil de 2 watts par kilogramme. Et l’on ne connaît pas encore les conséquences des bandes millimétriques sur le corps humain », souligne Stéphane Pannetrat, fondateur et président d’ART-Fi, fabricant français d’appareils de mesure des ondes électromagnétiques. Toutefois, le gendarme français des fréquences tient à rassurer les Français : sur les 46 smartphones testés, seuls deux ont dépassé les limites réglementaires en termes d’exposition aux ondes électromagnétiques et ils ont depuis été mis à jour. L’ANFR prévoit d’examiner 140 terminaux d’ici la fin de l’année.

Deux associations environnementales et plusieurs citoyens avaient demandé au Conseil d’Etat, en novembre 2020 et mai 2021, d’annuler l’ensemble des décisions adoptées par l’Arcep en France métropolitaine quant à l’attribution des fréquences de la bande 3,5 GHz (la « bande coeur » pour la 5G). Le Conseil d’Etat a rejeté le 12 octobre l’ensemble des recours déposés, venant clore l’ensemble des contentieux et confirmer l’attribution définitive des fréquences pour la 5G.

Qu’est-ce que la 5G va changer ?

La 5G, c’est une promesse de rapidité, de faible latence, de faible consommation d’énergie et de connexion d’un grand nombre d’utilisateurs simultanément. Ses capacités lui permettent en effet de remplir quatre fonctions distinctes : 

• Une connexion mobile en très haut débit. Il s’agit du principal atout mis en avant auprès du grand public. Les utilisateurs  pourront notamment télécharger des vidéos haut débit en un temps record.
• Une connexion en accès fixe sans fil. Cette capacité est utilisée majoritairement aux Etats-Unis dans les zones rurales en remplacement de la fibre.
• Une communication en masse des objets connectés.
• Une communication à faible latence en M2M, adaptée pour le pilotage à distance de machines industrielles et de robots.

La 5G est l’une des technologies les plus attendues du secteur du véhicule autonome, car les autos doivent pouvoir envoyer instantanément les images de leur environnement à un logiciel de traitement, situé par exemple dans le cloud, et prendre une décision dans la foulée. Une petite seconde de décalage dans l’envoi des données risquant de provoquer un accident. Cette réduction de la latence pourra aussi permettre de réaliser des opérations chirurgicales à distance, par exemple, car les mouvements des instruments seront suffisamment fluides.

Quels smartphones compatibles avec la 5G ?

Le déploiement de la 5G est l’occasion pour les constructeurs de smartphones de présenter leurs nouveaux modèles. Car pour profiter de cette nouvelle génération de standard pour la téléphonie mobile, les utilisateurs doivent se doter d’appareils compatibles. La plupart des constructeurs possèdent un modèle fonctionnant avec de la 5G. 

En 2021, plus de 500 millions de téléphones 5G ont été commercialisés, selon Qualcomm, et 750 millions devraient l’être en 2022. En France, plus d’une cinquantaine de smartphones compatibles 5G sont disponibles sur le marché. D’après Ericsson, 24% des utilisateurs ont déjà acquis un smartphones compatible avec la 5G.  

5G Steel, le projet 5G d’Arcelor Mittal

ArcelorMittal se digitalise et va s’appuyer sur la 5G pour opérer cette transformation à travers son projet 5G Steel. Pour le concrétiser, le groupe a annoncé un partenariat de co-construction avec Ericsson, pour les équipements 5G, Orange Business Services, pour intégrer les services liés à la 5G, la communauté urbaine et le Grand port maritime de Dunkerque pour réaliser des expérimentations communes, la start-up française EasyMile pour expérimenter un train autonome sur son réseau ferré interne de 44 km et la Caisse des dépôts.

Un réseau privé 5G sera déployé au premier trimestre 2022 sur le site de Dunkerque. Les sites de Florange et de Mardyck seront équipés en 2023 afin que l’expérimentation, prévue sur trois ans, soit multisites et multi-opérations. Huit antennes outdoor et plusieurs antennes indoor permettront de couvrir ce premier site de 7 km de long sur 3km de large, constituant à ce jour « le plus grand réseau 5G industriel en France », selon OBS. « Il s’agira d’un réseau 4G/5G sur la bande de fréquence de 2,6 GHz, compatible avec le réseau public à 3,5 GHz, pour que la technologie la plus pertinente et la plus économique puisse être choisie selon les usages, qui ne nécessitent pas tous la 5G », explique Valérie Cussac, vice-présidente exécutive en charge des services de smart mobilité chez OBS. « Le défi est d’évaluer la performance de la technologie dans un environnement métallique et sa capacité à se substituer à nos réseaux déployés, comme le Wifi, qui nécessitait en comparaison 30 bornes », indique David Glijer, directeur de la transformation digitale d’ArcelorMittal France.

Pour définir les usages à tester, le CDO a longuement échangé avec les équipes métiers pour lister leurs problématiques et faire ressortir des usages nécessitant du très haut débit. Sont évoquées la mise en place de véhicules et de trains autonomes transportant l’acier dans des zones à risque, la maintenance mobile des équipements avec de la réalité augmentée, la surveillance par drone et l’instauration de cockpit de pilotage à distance de bras robotisés. En parallèle, ArcelorMittal a déployé un réseau LoRaWAN privé pour gérer des centaines d’objets connectés. « Nous sommes passés à l’échelle pour connecter un maximum d’équipements mais quand les projets concerneront davantage de capteurs, la 5G servira à leur connexion massive », anticipe David Glijer. Etape suivante pour ses équipes : la création d’un démonstrateur dans le domaine de l’énergie en juin prochain.

Quels sont les apports de la 5G pour l’IoT ?

Pour l’IoT, la 5G est une clé vers une plus grande interopérabilité. « Avec un même composant, un industriel pourra se connecter en haut ou bas débit en fonction de ses besoins. Cela va simplifier le design des objets, car il n’y aura plus besoin de choisir les composants pour du LoRa, du NB-IoT ou une carte SIM : l’IP mènera à l’interopérabilité », explique Frédéric Salles, ancien président de Matooma, spécialiste dans le domaine de l’IoT et la connectivité par carte SIM multi-opérateurs.

Avec la 5G, la sécurité du réseau de communication devra néanmoins être renforcée. « Plus on augmente la connectivité et le débit, plus les possibilités d’attaques s’accroissent », prévient Hervé Doreau, presales manager chez Symantec.

Oscore

Lancé en juillet 2019, Oscore (pour object security for constrained restful environments) est un protocole de sécurité dédié aux caractéristiques de l’IoT qui permet de sécuriser les messages transmis par les objets connectés de point à point. La sécurité des données est assurée du capteur à la gateway, puis de la gateway vers le serveur.

« Dans l’IoT, les messages sont transmis par le protocole CoAP, équivalent de http dans l’Internet. Oscore vient sécuriser coAP », explique Alexander Pelov, CEO et cofondateur d’Acklio, start-up rennaise qui développe des solutions de gestion et d’interopérabilité des réseaux IoT. Oscore, qui peut être complété par les protocoles de sécurité TLS et DTLS, assure une double sécurité, à la fois au niveau de la donnée, et du transport de l’information, tout en minimisant l’impact des dispositifs de sécurité sur les performances de l’objet.

Pour Hatem Oueslati, président de IoTerop, fournisseur de solutions pour la sécurité et la gestion des objets connectés (également contributeur au développement du protocole, ndlr), Oscore constitue un atout pour la 5G : « Il offre une cryptographie de bout en bout et une notion d’authentification légère, il représente un avantage considérable pour la sécurité des réseaux NB-IoT et LTE-M, même s’il peut s’appliquer à l’ensemble des réseaux IoT », souligne-t-il.

IoTerop a intégré Oscore à ses solutions et procède à des expérimentations avec un client. « Le besoin de sécurisation est primordial dans les déploiements massifs d’objets connectés industriels. Cette sécurité assure la pérennité des solutions mises en place car la cryptographie ou l’authentification ne suffisent pas, c’est la combinaison des deux qui rend une solution pertinente. D’où l’intérêt pour une entreprise de l’adopter », poursuit Hatem Oueslati. Pour Chester Wisniewski, principal research scientist chez l’entreprise de sécurité Sophos, Oscore est encore trop peu connu : « Ce protocole est une excellente nouvelle pour les industriels, mais il faudrait que les fabricants s’emparent du sujet », estime-t-il. L’organisme IETF travaille sur la standardisation de Lake, une procédure légère d’échange de clés authentifiées afin d’assurer la confidentialité des retransmissions, pour compléter Oscore.