Un expert explique : Pourquoi une connexion Internet devient-elle peu fiable sous la pluie ?

Pourquoi votre connexion Internet devient-elle peu fiable et votre téléphone portable commence-t-il à causer des problèmes lorsqu'il pleut ? La raison réside dans la nature de la force électrique - et la manière dont le mauvais temps perturbe son fonctionnement.

Sur une route à New Delhi le 28 août 2020. (Photo express : Amit Mehra)

Alors que la mousson commence officiellement à se retirer, de nombreux Indiens espèrent être soulagés d'un phénomène auquel ils s'attendent chaque fois qu'il pleut : les connexions Internet deviennent instables et les réseaux de téléphonie mobile se détériorent. Pourquoi cela arrive-t-il?

Dans les années 1860, le physicien écossais James Maxwell a prédit l'existence d'un nouveau type d'ondes « électromagnétiques » qui se déplacent à une vitesse d'environ 300 millions de mètres/seconde. Quelques décennies plus tard, Heinrich Hertz a vérifié expérimentalement la théorie de Maxwell et, en 1895, Sir Jagadish Chandra Bose a démontré pour la première fois la communication sans fil avec des ondes électromagnétiques sur une distance de 23 mètres à Calcutta, établissant les bases d'un système de communication moderne.

Pour comprendre comment nous communiquons ou envoyons des messages aujourd'hui via Internet à travers les continents – puis comment cette communication est perturbée – nous devons d'abord comprendre la nature fondamentale de la force électrique.

Varun Makhija est professeur adjoint de physique à l'Université de Mary Washington.

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Les électrons en communication

Il existe trois blocs de construction fondamentaux, ou « briques Lego » que la nature utilise pour fabriquer toute la matière : deux types de quarks et l'électron. Pour nos besoins, nous devons discuter uniquement de l'électron.

Toute matière est constituée de très nombreux électrons. Comme les autres briques Lego, les électrons ont une propriété appelée masse, qui indique à quel point la force gravitationnelle agit sur eux, et est donc directement liée à leur poids.

Une autre propriété des électrons appelée charge électrique indique la force avec laquelle la force électrique agit sur eux. La charge de l'électron décide également de la force de la force électrique qu'il applique sur d'autres objets qui, eux aussi, ont une charge (comme les deux autres briques Lego, par exemple). Cette force, comme la force de gravité, agit à distance. Ainsi, deux électrons séparés par une longue distance appliquent des forces électriques sans jamais établir de contact. Comme un électron est chargé, l'espace qui l'entoure est rempli d'un champ électrique.

Si vous imaginez qu'un électron vit dans un océan qu'il crée, vous pouvez, si vous remuez l'électron, initier une vague dans cet océan. Cela revient à jeter une pierre dans un étang calme, ce qui crée des ondulations qui s'en éloignent. Lorsque cette onde passe à côté d'un autre électron qui se trouve dans l'océan de notre électron, cet autre électron rebondira de haut en bas, comme vous le feriez lorsqu'une vague océanique vous submerge.

C'est ainsi que nous communiquons. Une onde électromagnétique est initiée à un endroit par des électrons agités, qui se lavent ensuite sur les électrons à un endroit éloigné. Le mot « signal » désigne spécifiquement les ondes électromagnétiques. Les électrons dans vos yeux peuvent également répondre à ces ondes, à condition que la longueur d'onde - la distance entre les pics de l'onde - se situe dans une plage spécifique. Dans cette gamme de longueurs d'onde particulière, les ondes électromagnétiques nous sont visibles ; ils sont légers ! La forme la plus basique de communication longue distance - faire clignoter une lumière vive et utiliser le code Morse - utilise le transfert d'ondes électromagnétiques d'un endroit à un autre.

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Les fibres optiques & la pluie

Ces concepts nous permettent de comprendre le seul mode de communication qui compte plus, Internet. Il s'agit essentiellement d'un vaste réseau d'ordinateurs à travers le monde qui peuvent se transférer des ondes électromagnétiques, et donc communiquer.

Il existe deux principaux moyens de transporter les ondes : par fibre optique et par tours cellulaires (via une liaison satellite). Les fibres optiques sont des tiges de verre longues et minces d'une épaisseur inférieure à celle des cheveux humains. La lumière est confinée dans la tige en raison du phénomène de réflexion interne totale. Lorsque la lumière passant d'un milieu plus dense à un milieu moins dense (par exemple, du verre à l'air) frappe la surface entre deux milieux transparents à un angle critique, elle est entièrement réfléchie dans le milieu plus dense. De cette façon, les ondes électromagnétiques sont piégées à l'intérieur de la fibre et se déplacent le long de celle-ci. Épisser ou joindre des centaines de milliers de kilomètres de fibres ensemble, et les enterrer sous terre ou sous-marine, permet la communication à travers le monde. Les ondes électromagnétiques utilisées pour la communication (ondes infrarouges) sont générées par des lasers, et ont une longueur d'onde légèrement plus longue que la lumière visible, elles nous sont donc invisibles.

Le réseau de fibre optique en Inde a été lancé par VSNL et est actuellement détenu et développé par Tata Communications. Tous les fournisseurs de services Internet se connectent d'une manière ou d'une autre à ce réseau de « niveau 1 », et éventuellement à votre domicile. Ces connexions secondaires ne sont pas nécessairement optiques, et font intervenir plusieurs composants électriques. (Remarque : les câbles électriques transfèrent des électrons plutôt que des ondes électromagnétiques, mais c'est un sujet d'un autre jour !) Des composants électriques sont également nécessaires tout au long du réseau de fibres optiques pour amplifier et allumer et éteindre la lumière pour les communications numériques.

Les pluies de mousson pourraient interrompre ce réseau souterrain de plusieurs manières. La combinaison de l'infiltration d'eau dans le sol et des glissements de terrain peut endommager les divers composants électriques du réseau ou causer des dommages physiques aux endroits où les fibres sont épissées.

Il peut également y avoir des dommages similaires ou des pannes de courant à des emplacements intermédiaires, où votre fournisseur de services local se connecte au réseau optique de niveau 1, puis à votre domicile. La fibre a un noyau, une gaine et un revêtement protecteur en plastique et est maintenue dans une enceinte de protection étanche, de sorte que la transmission du signal est moins affectée par la pluie. L'enrobage est retiré en joignant deux fibres. Aux endroits où les fibres commencent ou se terminent (appelées « boîtes d'épissure »), il est possible que les fibres soient exposées à l'eau de pluie, ce qui entraîne une réduction de la force du signal . De plus, les molécules d'eau peuvent trouver un chemin via des microfissures dans les fibres, affectant éventuellement la durée de vie de la fibre.

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Téléphones portables sous la pluie

Lorsque votre téléphone portable est connecté à Internet, les ondes électromagnétiques voyagent de votre appareil dans les airs jusqu'à une tour de téléphonie cellulaire. Vous pourriez penser à cela comme une antenne géante. Les électrons de cette antenne rebondissent de haut en bas. Lorsqu'ils font cela, ils produisent leurs propres ondes électromagnétiques, qui se déplacent vers un emplacement central géré par votre fournisseur de services. À cet endroit, les ondes sont «traitées» d'une manière ou d'une autre et sont envoyées soit vers le réseau de fibre optique (Internet) soit vers un autre téléphone (appel téléphonique, SMS, etc.).

Il existe différents types de traitement qui peuvent se produire. Par exemple, une différence importante entre les ondes électromagnétiques émises par votre téléphone et celles du laser qui se déplace dans la fibre optique est la longueur d'onde. Les ondes radio émises et reçues par votre téléphone mesurent environ un mètre de long. En revanche, les ondes infrarouges qui traversent le réseau de fibre ont une longueur d'environ un millionième de mètre. Notez qu'aucune de ces longueurs d'onde n'affecte les électrons de votre œil, car ce ne sont pas des longueurs d'onde visibles (environ 500 milliardièmes de mètre de long).

D'une manière ou d'une autre, le message de votre téléphone doit être «traduit» de la radio aux ondes infrarouges. Si vous utilisiez le code Morse, vous pourriez imaginer que les ondes radio détectées par votre fournisseur clignotent, contenant votre message. Le laser géré par votre fournisseur doit être conçu pour produire la même séquence de flashs qui parcourent le réseau de fibre.

Les raisons d'interruption de cette chaîne de communication pendant la mousson sont différentes par rapport au réseau de fibre optique.

Les ondes radio qui circulent entre votre téléphone et la tour de téléphonie cellulaire peuvent faire trembler les électrons des gouttes d'eau, interrompant ainsi la communication. La taille et le nombre de gouttes de pluie réduisent la force du signal en raison de la diffusion des ondes radio, tandis que la vapeur d'eau dans l'atmosphère absorbe les ondes radio, les convertissant en chaleur (comme dans votre four à micro-ondes).

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De plus, les fortes pluies de mousson, le vent et la foudre peuvent endommager les tours de téléphonie cellulaire, entraînant des interruptions dans la zone qu'elles couvrent. Notez que c'est aussi pourquoi vous vous retrouvez sans aucun signal dans certaines zones - il n'y a pas de tour de téléphonie cellulaire à proximité. Mais la cause d'interruption la plus courante est peut-être le « brouillage ». Lorsque trop de personnes essaient de communiquer via des emplacements de traitement du signal en même temps, certains messages se perdent.

Faire passer ce mème préféré de l'ordinateur de son auteur au vôtre est donc un effort qui implique des ondes électromagnétiques parcourant plusieurs milliers de kilomètres. C'est une réalisation extraordinaire de la science moderne, et il semblerait étonnant que cela fonctionne ! Cela peut peut-être atténuer quelque peu votre frustration la prochaine fois que votre connexion Internet sera interrompue pendant une tempête de pluie !

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