Lorsque vous entendez les fournisseurs d’Internet sans fil parler de “l’expansion du réseau cellulaire 5G”, votre première pensée est probablement “Oh, bien”. C’est parce qu’il y a beaucoup de données sans fil en continu sur les nombreux smartphones, tablettes et ordinateurs portables du monde entier. Mais les scientifiques craignent de plus en plus que toute cette bande passante des appareils mobiles ait un coût : notre capacité à prévoir le temps rapidement et avec précision.
Si la plupart des gens savent qu’ils paient leur fournisseur de services sans fil pour les connecter à l’internet, ils ne réalisent peut-être pas que les fournisseurs de services sans fil exploitent une ressource limitée : une bande étroite de fréquences radio appelée spectre (pas le câblodistributeur). Les longueurs d’onde radio de la gamme du spectre sont uniques pour quelques raisons. Tout d’abord, elles peuvent transmettre des données à travers des objets solides – comme les murs de votre maison ou les vitres de votre voiture – ce qui les rend idéales pour la communication sans fil. Mais elles sont également importantes car l’atmosphère terrestre émet naturellement des ondes radio, qui peuvent être captées par des capteurs satellites et traduites en données météorologiques telles que la température et les précipitations.
Le problème est que la fréquence des ondes radio utilisées par les réseaux cellulaires sans fil est similaire à celles utilisées pour surveiller les conditions atmosphériques ; la bande des 24 GHz est de plus en plus utilisée pour les télécommunications – notamment pour les réseaux cellulaires 5G. La bande voisine des 23,8 GHz est réservée à des fins scientifiques, notamment aux satellites météorologiques. À mesure que ces deux bandes de fréquences sont davantage utilisées, elles peuvent interférer, rendant la diffusion des informations météorologiques et climatiques plus lente et moins précise.
La bande passante pour les données sans fil peut être un peu comme une autoroute dans une ville en expansion. Si l’on n’ajoute pas plus de voies d’autoroute à mesure que la population augmente, le trafic va s’aggraver. Comme de plus en plus de personnes bénéficient d’un service sans fil, le signal peut ralentir si les entreprises ne cherchent pas à étendre la bande passante pour les appareils mobiles. C’est pourquoi de nombreuses entreprises demandent à la Commission fédérale des communications, ou FCC, de mettre aux enchères des bandes de fréquences supplémentaires pour les communications sans fil.
Mais les scientifiques de l’atmosphère affirment que la mise aux enchères de bandes de fréquences supplémentaires pourrait réduire leur capacité à prévenir les communautés en cas d’événements météorologiques extrêmes tels que les ouragans et les tempêtes tropicales – des événements pour lesquels le temps est essentiel pour sauver des vies.
“Cela dégraderait la compétence en matière de prévision jusqu’à 30 %”, a déclaré Neil Jacobs, ancien administrateur intérimaire de la NOAA, lors d’une audience fédérale en 2019 sur les interférences entre les bandes de fréquences cellulaires et scientifiques. “Cela entraînerait une réduction du délai de prévision de la trajectoire des ouragans d’environ deux à trois jours.”
Des informations précises et opportunes sur la météo sont particulièrement importantes à notre époque de conditions météorologiques extrêmes. En 2012, par exemple, le National Hurricane Center a été en mesure de donner à l’État de Louisiane une prédiction précise du moment et du lieu où l’ouragan Isaac de catégorie 1 toucherait terre, environ deux jours avant la tempête. L’alerte initiale avait été donnée cinq jours à l’avance, mais elle avait mal estimé l’emplacement de l’atterrissage de 250 miles. Le délai de deux jours a tout de même permis à l’Agence fédérale de gestion des urgences et à l’État d’alerter la population sur le risque et de donner des ordres d’évacuation.
Au final, la tempête a causé environ 612 millions de dollars de dégâts et au moins 5 décès dans l’État. Sans cette correction des prévisions, il est probable que beaucoup plus de vies auraient été perdues.
Mais il est notoirement difficile de déterminer le moment et la trajectoire théoriques d’une tempête. La vapeur d’eau atmosphérique – un élément crucial dans les prévisions météorologiques et la modélisation du climat – libère principalement des rayonnements dans la bande de fréquences des 23,8 GHz. En 2021, lors d’une audition devant la commission des sciences, de l’espace et de la technologie de la Chambre des représentants, David Lubar, chef de projet principal du groupe des systèmes civils de la société Aerospace, a décrit la surveillance de la vapeur d’eau comme “une tentative d’entendre un murmure à San Francisco alors que l’on se trouve à 800 km de là, à San Diego”.
Pour cette raison, la loi fédérale et les accords internationaux stipulent que la bande de fréquences des 23,8 GHz doit être réservée aux seules observations des sciences de la terre et de la radioastronomie. Les capteurs de certains systèmes satellitaires exploités par les grandes agences fédérales comme la National Atmospheric and Ocean Administration (NOAA) et la National Aeronautics and Space Administration (NASA) sont conçus pour capter ces signaux. L’interférence des bandes spectrales adjacentes – également connue sous le nom d’émissions “hors bande” – préoccupe la communauté de la télédétection depuis un certain temps. Pour les capteurs satellitaires qui s’appuient sur des mesures incroyablement sensibles pour fournir des données précises en matière de prévisions météorologiques, ce problème est amplifié.
Les scientifiques, cependant, se sont sentis laissésen dehors du processus de prise de décision alors que la FCC continue de mettre aux enchères les bandes de fréquences voisines pour des utilisations commerciales.
“Le processus de la FCC est très complexe et déroutant pour la communauté scientifique, et la plupart des scientifiques n’ont pas les ressources disponibles ou les défenseurs d’un tel processus”, a déclaré Bill Mahoney, directeur du laboratoire des applications de recherche au Centre national de recherche atmosphérique, lors de la même audience.
Mais il y a des choses que le gouvernement pourrait faire pour limiter les interférences entre bandes de fréquences. À la suite d’une vente aux enchères en 2019, au cours de laquelle la FCC a délivré 2 904 licences commerciales pour l’utilisation de la bande de fréquences des 24 GHz, la commission a proposé des limites sur l’interférence du spectre. Mais ces normes d’émissions hors bande étaient nettement moins strictes que ce que la communauté scientifique avait préconisé.
En conséquence, les experts affirment que l’interférence commerciale du spectre pourrait ramener la précision des prévisions météorologiques américaines à des niveaux jamais vus depuis les années 1970.
Cette perte de précision des prévisions météorologiques pourrait également être assez coûteuse. Alors que la vente aux enchères de la bande de fréquences des 24 GHz organisée par la FCC en 2019 a généré 2 milliards de dollars de recettes pour le département du Trésor, les coûts liés aux phénomènes météorologiques violents pourraient être bien plus importants. Au cours de l’audience de 2021, Mahoney a noté que les émissions hors bande dégradent la précision des prévisions “au cours d’une période où notre pays est confronté à une augmentation significative des événements météorologiques catastrophiques de plusieurs milliards de dollars.”
L’attribution commerciale du spectre devant se poursuivre, certaines propositions ont été faites pour protéger la précision des prévisions météorologiques malgré les interférences. Le gouvernement pourrait limiter les interférences dans les bandes de fréquences. Tout comme l’insonorisation d’un studio pour s’assurer que l’on ne dérange pas ses voisins, les émissions “hors bande” peuvent être réduites. Lors de l’audition de 2021, M. Lubar a recommandé d’ajouter aux capteurs des satellites des dispositifs qui “identifieraient la contamination par les interférences, effectueraient des calculs importants sur l’engin spatial et marqueraient ces données afin qu’elles ne contaminent pas le processus météorologique en aval”. Actuellement, cependant, aucun financement n’est alloué aux missions satellitaires conjointes de la NASA ou de la NOAA pour fournir un tel instrument.
Un plan d’atténuation du spectre sera probablement nécessaire, car la FCC examine les propositions futures de partage d’un plus grand nombre de bandes. En particulier, l’agence envisage de partager la bande de fréquences de 1675 à 1680 MHz. Il s’agit de la même bande utilisée par le satellite environnemental opérationnel géostationnaire de la NOAA pour fournir des informations météorologiques en temps réel, notamment en cas de mauvais temps et d’inondations.
