Il y a quelques mois, une rumeur s'est emparée des réseaux sociaux: le vaccin contre le Covid-19 contiendrait des puces électroniques 5G permettant de pister les personnes vaccinées pour récupérer des données privées. Alors est-ce possible ou pas?
Il est ironique de constater que cette rumeur est apparue presque 56 ans jour pour jour après que Gordon Moore, l'un des fondateurs d'Intel, ait énoncé une loi empirique indiquant un doublement du nombre de transistors sur une puce électronique tous les 2 ans environ. Cette loi est encore vérifiée, aujourd'hui, avec les composants électroniques élémentaires – les transistors – qui atteignent des tailles nanométriques.
Bonjour @CHUdeToulouse, j’ai eu ma 1ere injection de vaccin contre le Covid ce matin et vous en remercie.
— Julie Oudet (@JulieOudet) January 8, 2021
Toutefois je ne capte toujours pas la 5G. Est-ce un bug ? Dois je attendre la 2e injection ou tout simplement contacter mon opérateur ? 😉
Les premiers composants électroniques ont été réalisés avec des ampoules sous vide contenant des filaments et des grilles appelées triode. Par chauffage et effet électrostatique, de faibles signaux électriques pouvaient être amplifiés. C'est ce qui a permis les premières transmissions sans fils de signaux en morse au début du 20e siècle. Encombrants, fragiles, coûteux et fonctionnant avec des tensions élevées, ils seront remplacés par des technologies dites à l'état solide avec des cristaux de matériau semi-conducteur.
Le composant à semi-conducteur réalisant la fonction d'amplification a été mis au point dans les années 1950 et le nom commercial a été choisi par les laboratoires Bell à l'origine de cette invention: le transistor. Le premier circuit intégré, c'est-à-dire, la possibilité de réaliser directement dans le cristal semi-conducteur plusieurs transistors connectés entre eux a été réalisée à la fin des années 1960.
De façon industrielle, les circuits carrés sont réalisés les uns à côté des autres pour faciliter leur découpage avant mise en boîtier. En 2021, IBM vient d'annoncer une réalisation de transistor avec une zone active de 2 nanomètres (soit une vingtaine d'atomes placés les uns à côté des autres): solid state que l'on trouve, aujourd'hui, dans les disques à l'état solide des ordinateurs, les solid state disks (SSD).
Alors, combien de transistors pourrait-on graver sur un morceau de circuit intégré carré qui passerait par le trou de la seringue utilisé pour le vaccin?
On commence par de l'électronique et voilà un problème de géométrie qui donnerait bien du fil à retordre à un collégien.
Le côté du carré qui peut entrer dans un cercle de 0,6 mm de diamètre est de 0,848 mm. Cela permet de réaliser 72 millions de transistors (pour un transistor de surface 100 nm x 100 nm); autant que dans les puces qui équipent les derniers processeurs des téléphones d'une marque pommée bien connue.
C'est donc possible de mettre dans une seringue d'injection d'un vaccin une puce électronique étanche possédant les capacités de calculs similaires à celles des téléphones portables actuels. Encore faut-il qu'elle communique avec l'extérieur et qu'elle soit alimentée électriquement.
Ce n'est pas qu'un problème de taille, car la puce injectée doit communiquer sans fils avec l'extérieur du corps humain. Des antennes doivent donc être réalisées sur la puce pour la communication sans fil.
Cette fois, ce sont les équations de Maxwell qu'il va falloir utiliser pour dimensionner la taille des antennes. James Clerk Maxwell est un physicien et mathématicien écossais du XIXe siècle. On lui doit notamment la démonstration que les champs électromagnétiques utilisés dans les transmissions sans fils de nos smartphones se propagent dans l'espace sous la forme d'une onde à la vitesse de la lumière.
D'après les équations de Maxwell, la taille idéale d'une antenne doit être égale au rapport entre la vitesse de la lumière et la fréquence des ondes électromagnétiques (la longueur d'onde). Des sous-multiples de cette taille idéale (½, ¼, 1/8) peuvent également être utilisés pour limiter l'encombrement au détriment de la détection. La 5G actuelle utilise des bandes de fréquence autour de 3,5 GHz.
En choisissant un sous-multiple de ¼ pour limiter la taille de l'antenne, une antenne de 2,1 cm doit donc être réalisée pour permettre à la puce électronique de communiquer sans fils avec l'extérieur du corps humain.
Avec une telle dimension, toute la surface de la puce n'est pas suffisante pour réaliser l'antenne même sous forme d'un serpentin. C'est d'ailleurs quelque chose que nous connaissons tous à condition de pratiquer une activité sportive et donc d'aller dans une enseigne de sport bien connue: chaque article acheté possède une puce RFID (ici 👇). La seule partie vraiment visible de la puce, c'est l'antenne en forme de serpentin.
Les chiens et les chats sont des précurseurs en la matière, car le tatouage a été remplacé par une implantation d'une puce en sous-cutanée. Le dispositif fait une petite dizaine de millimètres pour simplement contenir un numéro unique qui pourra être lu sans contact. La lecture de ce numéro se fait en approchant le système de lecture près de l'oreille de l'animal.
Et c'est le cas de toutes les technologies de transmission de données sans fils: la distance entre la puce implantée et le lecteur est faible souvent limité à quelques centimètres. D'abord, il s'agit de sécuriser les données pour justement éviter de pouvoir détecter à distance les données échangées; ensuite, parce que la puissance émise par une antenne décroît avec la distance au cube. Pour augmenter la distance de lecture, il faut augmenter la puissance émise et donc augmenter le volume de la batterie.
Comment quantifier simplement les choses pour pouvoir répondre à notre question initiale? Entre des unités compliquées, des équations mathématiques complexes et des résultats très dépendants des conditions expérimentales, la question parait simple et la réponse scientifique ne l'est pas. Pour tenter néanmoins de donner un élément de réponse sur le dimensionnement d'une batterie, on peut s'intéresser à celle des téléphones portables:
Compte tenu de la taille de la batterie, la puce devra donc être en contact avec le système de lecture pour pouvoir échanger des informations.
Les fréquences utilisées dans les transmissions sans fils de la téléphonie ont été augmentées par dix en une vingtaine d'années. En extrapolant cette loi, il faudra donc attendre 60 ans pour que la fréquence des transmissions sans fils permette la réalisation d'antennes suffisamment petites pour pouvoir injecter une puce dans un vaccin. D'ici là, nous aurons tous été vaccinés contre le Covid-19.
Cet article a été publié initialement sur The Conversation. Watson a changé le titre et les sous-titres. Cliquez ici pour lire l'article original
