Comment techniquement sont réalisées les communications téléphoniques ?
Question d'origine :
Comment techniquement sont réalisées les communications telephoniques, entre des pays/continents éloignés, et de façon générale de portable à portable ou lignes fixes ?
Réponse du Guichet
Pour fonctionner, le téléphone nécessite une infrastructure terrestre ou spatiale : le réseau téléphonique. Depuis les années 2010 environ 99% des communications intercontinentales (Internet et téléphonie) transitent par des câbles sous marins.
Bonjour,
Pour fonctionner, le téléphone nécessite une infrastructure terrestre ou spatiale : le réseau téléphonique. Après y avoir raccordé son terminal fixe ou avoir allumé son téléphone mobile, l'utilisateur ayant souscrit un abonnement auprès d'un opérateur de télécommunications peut passer un appel téléphonique à un destinataire également raccordé en composant son numéro qui lui est propre, ce qui déclenche généralement la sonnerie du téléphone destinataire. Si la personne appelée accepte l'appel, une conversation téléphonique peut commencer.
Source : Téléphone — Wikipédia (wikipedia.org)
Toujours sur cette même page Wikipédia une explication sur fonctionnement des téléphones fixes :
Avec l'évolution de l'électronique HF et des techniques numériques, les téléphones d'intérieur sont désormais sans fil le plus souvent. Un (ou plusieurs) combiné de taille réduite communique par une liaison radio sur une porteuse UHF ou VHF avec une base reliée à la ligne téléphonique. Cette liaison peut être numérique, par exemple pour les postes DECT.
Les téléphones peuvent être dotés d'écrans texte affichant diverses informations.
Ils n'utilisent plus forcément le Réseau téléphonique commuté (RTC), et peuvent se connecter sur les réseaux IPv4 et IPv6.
Et sur cette page du site Orange "Ondes radio" dont l'objectif est de relayer des informations sur les ondes radio générées par leur industrie, voici une explication sur le fonctionnement d'un réseau mobile :
Un réseau mobile est composé d’un réseau d’antennes-relais (ou stations de base), couvrant chacune une portion de territoire délimité (cellule) et acheminant les communications sous-forme d’ondes radio vers et depuis les terminaux des utilisateurs.
Les communications mobiles suivent le principe général de la téléphonie : relier deux utilisateurs distants en passant par l’équipement réseau d’un opérateur chargé de gérer le service. Mais à la différence du fixe, dans le réseau mobile, ce ne sont pas des fils de cuivre ou de fibre optique qui assurent la liaison finale mais des transmissions radio. Le téléphone mobile d’un utilisateur communique par la voie des airs avec une antenne-relais, qui elle-même communique avec le commutateur centralisé de l’opérateur : un ordinateur. Celui-ci achemine la communication vers le correspondant sur le réseau fixe ou via d’autres antennes relais.
Pour communiquer, un utilisateur mobile doit donc être à portée d’une antenne-relais. Celle-ci a une portée limitée, et ne couvre qu’un territoire restreint autour d’elle, appelé la « cellule » (d’où l’autre nom de « réseaux cellulaires » souvent utilisé pour désigner les réseaux mobiles). Pour couvrir un maximum de territoire et faire en sorte que les utilisateurs soient toujours en mesure de téléphoner, les opérateurs déploient des milliers de cellules, chacune d’elles étant équipée d’antennes en faisant en sorte que leurs cellules se chevauchent, de façon à ne jamais perdre le positionnement des utilisateurs.
Cellule des villes, cellule des champs
La taille des cellules dépend de multiples critères tels que le type d’antennes relais utilisé, le relief (plaine, montagne, vallée…), le lieu d’implantation (zone rurale, zone urbaine…), la densité de population, etc. La taille de la cellule est également limitée par la propre portée du téléphone mobile, qui doit être capable d’établir la liaison en retour.Par ailleurs, une antenne-relais a une capacité de transmission limitée, et ne peut traiter qu’un certain nombre d’appels simultanés. C’est la raison pour laquelle, en ville, où la densité de population est grande et le nombre de communications important, les cellules tendent à être nombreuses et de petite dimension – espacées de quelques centaines voire seulement de quelques dizaines de mètres. A la campagne, où la densité de population est bien plus faible, la taille des cellules est bien plus grande, allant parfois jusqu’à plusieurs kilomètres mais ne dépassant que très rarement plus de dix kilomètres.
Il est important de souligner que la baisse de la puissance des antennes-relais entraîne une réduction de la couverture des cellules. La multiplication de celles-ci améliore la capacité du réseau à écouler le trafic voix ou data mais nécessite nécessairement d’augmenter le nombre des antennes-relais.
Quant à la compatibilité entre systèmes mobiles, fixes, ou internationaux la page Wikipédia sur les téléphones mobiles vous résume les bases du fonctionnement :
Les systèmes mobiles sont standardisés pour être compatibles d'un pays à l'autre et pouvoir s'interconnecter avec les réseaux de téléphonie fixe. Il existe dans le monde deux grandes familles de standards de systèmes mobiles: les standards IS41/CDMA d'origine américaine (normes ANSI-41 / CDMA / CDMA EvDO) définis par l'organisme 3GPP2 et la famille des standards GSM, UMTS et LTE, définis à l'origine en Europe par l'ETSI, puis par le 3GPP qui est la plus répandue.
Pour savoir sur quelle antenne relais diriger un appel entrant, le réseau mobile échange périodiquement avec les téléphones mobiles des informations de localisation sous forme de messages de signalisation.
Enfin concernant les appels téléphoniques intercontinentaux 99% d'entre eux transitent par des câbles sous marins :
Les câbles sous-marins numériques sont apparus en 1988 avec la pose du câble transatlantique TAT-8, contenant deux paires de fibres optiques. Via les câbles sous-marins répartis au fond des océans, la technologie numérique transporte indifféremment sur tous les continents (sauf l'Antarctique) l'interconnexion du réseau Internet, le réseau téléphonique et les réseaux professionnels de télévision numérique.
Dans les années 2010, environ 99% des communications intercontinentales (Internet et téléphonie) transitent par des câbles sous-marins. Leur nombre est estimé à environ 250 en 2013, 430 en 2017.
Source : Câbles sous marin Wikipédia
Cette information est corroborée dans l'introduction de la thèse de doctorat intitulée "L’Etat et le réseau mondial de câbles sous-marins de communication" réalisée à Lyon 3 par Camille Morel :
En 2020, près de 406 câbles sous-marins en service sont posés dans le fond des
océans3 et contribuent à la circulation de la quasi-totalité de nos appels et données Internet à
destination ou en provenance de l’international. Leur importance pour notre société toujours
plus connectée à Internet est donc croissante, à mesure que nos usages se numérisent et que
nos besoins en transmission de données à travers le monde augmentent. Les câbles sont
cependant peu connus : c’est la raison pour laquelle il apparaît essentiel de mettre la lumière
sur leur existence et ses conséquences, notamment pour l’ordre international.
Le cabinet de conseil IDNA spécialiste des systèmes d'information explique clairement la structure physique de ces câbles :
La distance actuelle estimée des câbles optiques sous-marins est de 1,3 million de km. Leur nombre évolue sans cesse, aujourd’hui il est de l’ordre de 428. Les câbles ont une référence mais bien souvent un nom (Arcos, Celtic, Malbec, Ulysse2…). De nombreux sites fournissent des cartes géographiques de ces câbles
Structure physique
La fibre est courante dans les datacenters, le câblage des bâtiments, et désormais la maison, mais dans tous ces utilisations les distances sont relativement courtes. Quant aux liaisons fibre fournies par les opérateurs, la distance est généralement masquée par la présence d’équipement répétant le signal. Il en va de même pour les câbles sous-marins.
Pour couvrir de grande distance, il est nécessaire de répéter le signal. En effet, le transport d’information sur une fibre optique subit une atténuation avec la distance. Cette contrainte physique nécessite de réamplifier le signal régulièrement. Les fibres sous-marines ne font pas exception. Il est nécessaire de mettre des répéteurs tous les 50 à 80km. Ces répéteurs ont besoin d’une alimentation électrique qui est fournie par des câbles cuivre qui sont inclus dans le câble optique. Compte tenu des conditions de fonctionnement, ces répéteurs sont intégrés dans des boitier pour les protéger, d’où un poids pouvant atteindre 300 à 400 kg. Ils peuvent ainsi coûter jusqu’à 880000 euros l’unité.
Chaque câble est différent par sa capacité de transport, les technologies utilisées pour leur fabrication, néanmoins le fonctionnement et généralement le même.
Au cœur des câbles ont retrouvent des fibres optiques. Il y a toujours un tube plastique qui protège une gaine en cuivre qui contient les fibres optiques. Un tube de cuivre permet le transport de l’électricité nécessaire aux répéteurs. Enfin une gaine d’acier, de silicone et d’un gel anti-pression assure la protection et l’étanchéité du réseau. Le diamètre de la fibre optique n’excède généralement pas 1,4 cm de diamètre, et une fois recouverte, le câble peut atteindre environ 10 cm de diamètre.
Pour terminer, Camille Morel, la doctorante autrice de la thèse précédemment citée, interviewée par le site d'information géostratégique Areion24 News affirme que la technologie des câbles sous-marin en matière de télécommunication intercontinentale est actuellement indépassable. Et ce malgré le développement de certains projets satellitaires dans des zones très reculées, la technologie des câbles est aujourd'hui la plus performante :
Aucune technologie ne serait à ce jour identifiée comme un potentiel successeur de ce support de communication. Certains avancent pourtant que les méga-constellations de satellites qui sont en développement pourraient constituer un tournant pour l’Internet de demain. Pourquoi les câbles sous-marins sont-ils incontournables?
C’est une question récurrente, qui s’est déjà posée au moment de l’essor des satellites, dans les années 1960. À l’époque, on pensait que les câbles sous-marins allaient devenir une technologie de second rang. Mais cela a changé à partir du moment où la fibre optique est arrivée, dans les années 1980/1990. Cette dernière a permis d’offrir une capacité de transmission jusque-là inégalée, que ce soit en termes de rapidité ou de sécurité des communications. De ce point de vue, selon les experts en télécommunications, les satellites ne sont pas prêts de remplacer la technologie sous-marine. Ils n’ont pas la même vocation, ne disposent pas de la même capacité, et surtout, le coût et les budgets qui y sont liés ne sont pas les mêmes.
Cependant, il est important de souligner l’importance des ruptures technologiques en matière de télécommunications. Cela change très vite et il ya de nombreux projets en développement, tel celui des ballons stratosphériques pour relier les régions isolées à Internet et à la 4G. Mais ce type de projet demeure une technologie sans fil, et donc de moindre capacité, avec une plus grande latence. Cela peut être un bon complément aux câbles dans les zones peu accessibles ou en pleine mer. Mais en dehors de cela, il n’existe pas de technologies anticipées en mesure de rivaliser avec les câbles sous-marins. D’autant plus que les nombreux investissements réalisés aujourd’hui dans la technologie sous-marine permettent des innovations conférant aux câbles une puissance inégalée à tout point de vue. En effet, les investissements massifs des GAFAM— dans la recherche en transmission optique notamment — ont permis de dépasser certaines limites physiques et d’entrevoir des capacités encore plus importantes pour les prochaines années. Parallèlement, cela a aussi eu un impact sur le prix de ces infrastructures, qui ne cesse de diminuer, ce qui les rend d’autant plus attractives.
Bonne journée.
Pour aller plus loin :