Chapitre 10 – Ondes électromagnétiques | 1ère Bac Pro ICCER (Grpt 1) | Physique – Ondes | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 7 mai 2026, format manuel scolaire
💡 Notions centrales : leçon §II (longueur d'onde et fréquence) et §V (transmission d'informations). Relation : \(c = \lambda \times f\), avec c = 3 × 10⁸ m/s (vitesse de la lumière dans le vide).
Lila, technicienne domotique chez « SmartHome 31 » à Toulouse, installe un thermostat Wifi Nest chez M. Martin (maison 110 m², 2 étages). Le thermostat doit communiquer avec la box internet du salon et avec la chaudière au sous-sol. Lila doit vérifier que le signal Wifi 2,4 GHz traverse bien les murs en béton du sous-sol et choisir le bon protocole de communication (Wifi, Bluetooth ou Zigbee selon la portée et les obstacles).
| Protocole | Fréquence f | Portée libre | Usage typique |
|---|---|---|---|
| Wifi 2,4 GHz | 2,4 × 10⁹ Hz | ~ 50 m | Internet domestique, smartphones |
| Wifi 5 GHz | 5 × 10⁹ Hz | ~ 25 m | Internet rapide, courte distance |
| Bluetooth | 2,4 × 10⁹ Hz | ~ 10 m | Casque audio, montre connectée |
| Zigbee | 2,4 × 10⁹ Hz | ~ 30 m | Domotique faible consommation |
| LoRa | 868 × 10⁶ Hz | ~ 5 km | IoT longue portée, capteurs ruraux |
Calculer la longueur d'onde λ du signal Wifi 2,4 GHz, à l'aide de la relation \(\lambda = c / f\).
c = 3,0 × 10⁸ m/s, f = 2,4 × 10⁹ Hz.
λ = c / f = (3,0 × 10⁸) / (2,4 × 10⁹) = 3,0/2,4 × 10⁻¹ = 1,25 × 10⁻¹
λ ≈ 0,125 m = 12,5 cm
L'onde Wifi 2,4 GHz a une longueur d'onde de 12 cm — c'est l'ordre de grandeur d'une main, ce qui explique pourquoi des objets de cette taille (humains, meubles) atténuent le signal.
Calculer la longueur d'onde du Wifi 5 GHz et de la LoRa 868 MHz. Comparer les 3.
Wifi 5 GHz : λ = (3 × 10⁸) / (5 × 10⁹) = 0,06 m = 6 cm
LoRa 868 MHz : λ = (3 × 10⁸) / (8,68 × 10⁸) ≈ 0,346 m = 34,6 cm
Comparaison : Wifi 5 GHz (6 cm) < Wifi 2,4 GHz (12,5 cm) < LoRa 868 MHz (34,6 cm).
Plus la fréquence est élevée, plus la longueur d'onde est petite, et plus l'onde traverse mal les obstacles. C'est pourquoi le 5 GHz est plus rapide mais a moins de portée que le 2,4 GHz, et la LoRa porte loin.
D'après le Doc 1, quel protocole sans fil Lila doit-elle privilégier pour atteindre le sous-sol ? Justifier en comparant les portées et fréquences.
Pour atteindre le sous-sol à travers un plancher en béton (−20 dB), il faut une bonne portée et une fréquence pas trop élevée :
Choix : Wifi 2,4 GHz ou Zigbee. Pour un thermostat Nest, Wifi 2,4 GHz est natif et préférable.
La box internet du salon émet à −40 dBm. Calculer le signal reçu au sous-sol après traversée de :
Le signal restera-t-il au-dessus du seuil de coupure (−80 dBm) ?
Atténuation totale : 3 + 20 + 15 = 38 dB.
Signal reçu : −40 − 38 = −78 dBm.
−78 dBm > −80 dBm → juste au-dessus du seuil. Le Wifi fonctionnera, mais avec un signal faible (probablement instable, débit réduit).
Conseil : poser un répéteur Wifi à mi-chemin (par exemple sur le palier du rez-de-chaussée) pour relayer le signal vers le sous-sol.
Si Lila avait choisi le Wifi 5 GHz (atténuation typique 1,5 fois supérieure au 2,4 GHz pour la même paroi), recalculer l'atténuation totale et le signal reçu. Le signal passe-t-il au sous-sol ?
Atténuation totale 5 GHz : 38 × 1,5 = 57 dB.
Signal reçu : −40 − 57 = −97 dBm.
−97 < −80 dBm → signal coupé. Le 5 GHz ne traverserait pas le sous-sol.
Confirmation : le 2,4 GHz est nettement préférable pour une domotique en sous-sol ou maison ancienne.
Lila pose un répéteur Wifi au rez-de-chaussée, sortie box atténuée seulement de 3 dB (1 cloison). Calculer le signal au répéteur, puis du répéteur jusqu'au sous-sol.
Le répéteur réémet le signal à −45 dBm.
Signal au répéteur : −40 − 3 = −43 dBm. Suffisant pour qu'il capte la box.
Le répéteur réémet à −45 dBm.
Du répéteur au sous-sol : −45 − (20 + 15) = −80 dBm (limite). Et avec moins de cloisons cumulées sur ce chemin, on peut estimer −75 dBm en pratique.
Avec répéteur, signal stable et plus rapide. Solution recommandée.
Pour des capteurs de température placés à 200 m dans le jardin (pour piloter une PAC géothermique externe), Wifi est insuffisant. Quel protocole longue portée Lila doit-elle utiliser ?
Calculer aussi sa longueur d'onde.
Recommandation : LoRa 868 MHz (portée 5 km, parfaitement adaptée à 200 m extérieurs avec quelques obstacles).
Longueur d'onde : λ = c / f = (3 × 10⁸) / (8,68 × 10⁸) ≈ 0,346 m = 35 cm.
Avantages LoRa : très basse consommation (capteurs sur pile pendant 5 ans), portée multikm, peu sensible aux obstacles. Inconvénient : débit faible (quelques bits/seconde) — suffisant pour transmettre une mesure de température.
Rédiger en 5 lignes la fiche d'installation que Lila remet à M. Martin :
SmartHome 31 — Fiche installation domotique chauffage · M. Martin (Toulouse) — 7 mai 2026
• Thermostat Nest : communique en Wifi 2,4 GHz (λ = 12,5 cm) avec votre box internet.
• Signal au sous-sol : −78 dBm (limite). Pour stabiliser : répéteur Wifi posé au rez-de-chaussée (modèle inclus dans le devis, 60 €).
• Avec répéteur : signal −75 dBm au sous-sol. Connexion stable, latence < 200 ms.
• Capteurs extérieurs : protocole LoRa 868 MHz (portée 5 km) pour les sondes jardin et chaudière secondaire.
• Garantie : 2 ans pose + télémaintenance gratuite 1 an. App « SmartHome » à télécharger sur votre smartphone.
Les fours à micro-ondes domestiques fonctionnent à 2,45 GHz (proche du Wifi !). Pourquoi cela peut-il perturber le Wifi de la maison ? Comment l'éviter ?
Le four à micro-ondes émet à 2,45 GHz, presque la même fréquence que le Wifi 2,4 GHz (canal 11 typiquement). Une partie de cette énergie peut fuiter à travers les joints du four et perturber le signal Wifi voisin.
Solutions : (1) Tenir routeur Wifi à plus de 3 m du four, (2) utiliser le Wifi 5 GHz (totalement séparé), (3) changer le canal Wifi (1, 6 ou 13).
Anecdote : le 2,4 GHz a été choisi pour les micro-ondes parce que cette fréquence excite efficacement les molécules d'eau (rotation moléculaire). Le Wifi a hérité de cette bande publique « libre » plus tard.
📚 Cette activité s'appuie sur §II (Longueur d'onde et fréquence), §III (Spectre EM) et §V (Transmission d'informations) de la leçon Ch10.