Une très bonne analyse dans le rapport de l'ANFR sur le réseau free mobile.
Notamment sur pourquoi tout les appels passent par le réseau orange (p.16 du rapport).

http://www.anfr.fr/fileadmin/mediatheque/documents/Actualites/Rapport_ANFR_Free_Mobile.pdf


Le schéma explique très bien le problème :

L’itinérance favorise le réseau présentant la meilleure couverture

Pour un terminal, la cause principale du recours à l’itinérance réside dans le fait qu’il perde la couverture du réseau auquel il est raccordé. Le réseau 3G de Free Mobile produit une couverture propre d’un peu moins de 31 % de la population. Selon les derniers chiffres publiés par l’ARCEP le 28 février 2012, le réseau 3G d’Orange couvre, quant à lui, plus de 98 % de la population. Cette différence de couverture n’est pas sans conséquence sur le comportement d’un terminal Free Mobile.



En effet, dès qu’un terminal Free Mobile atteint la limite de la couverture de son opérateur, il se raccorde au réseau d’Orange. Mais ensuite, comme le réseau 3G d’Orange est très dense, rares seront les trous de couverture qui conduiront le mobile à réexaminer la situation : lorsque le mobile bascule sur le réseau Orange, il tend à rester en itinérance. Cette situation n’est pas optimale si le terminal est entre-temps revenu à portée d’un èmetteur Free Mobile. C’est pourquoi les terminaux de l’opérateur, comme ceux de tous ses concurrents, sont programmés pour rechercher périodiquement quels sont les réseaux disponibles et réintégrer si possible leur réseau d’abonnement. Il n’en demeure pas moins une dissymétrie dans le fonctionnement du mobile : lorsque le mobile perd la couverture Free Mobile, il passe instantanèment sur le réseau d’Orange ; lorsqu’il est passé en itinérance, il lui faut recourir à un test, dont la fréquence se compte en dizaines de minutes, pour retourner vers la couverture Free Mobile, sous réserve qu’elle soit disponible à cet endroit et à cet instant.

Ce phénomène met en défaut le sens commun qui inciterait à penser que, dès lors que la couverture du réseau d’abonnement atteint 30 %, la probabilité pour que le mobile demeure sur ce réseau devrait être également voisine de 30 %.

Cette situation peut être illustrée par la Figure 9, où un mobile se déplace en traversant une zone couverte par deux opérateurs dont l’un dispose d’un réseau d’èmetteurs plus dense que l’autre. Sur ce schéma, un mobile est mis en marche au point de départ, dans la zone de couverture de son propre opérateur. Après sa recherche initiale de réseau, compte tenu de sa position, le mobile se raccorde naturellement à son opérateur d’abonnement.

Lorsqu’il atteint (A), il est confronté à l’interruption du réseau de son opérateur. Il passe alors en itinérance sur le réseau partenaire.

En (B), il entre de nouveau sous la couverture de son opérateur d’abonnement. Néanmoins, la couverture du réseau d’itinérance reste également présente : en l’absence d’événement déclencheur, il poursuit en itinérance.

En (C), l’état prolongé d’itinérance depuis le point (A) déclenche une recherche périodique de réseau ; mais, en ce point, le seul réseau disponible est une nouvelle fois celui de l’opérateur partenaire : le mobile reste donc en itinérance.

En (D), le mobile rejoint la couverture de son opérateur d’abonnement ; mais la couverture de l’opérateur partenaire ne s’est pas interrompue : en l’absence d’élèment déclencheur, il maintient l’itinérance.

En (E), la recherche périodique de réseau révèle la présence du réseau d’abonnement, le mobile s’y raccorde donc.

En (F), la couverture de l’opérateur d’abonnement s’interrompt ; le mobile bascule en itinérance.

Dans cet exemple, et bien qu’il ait eu la possibilité d’être couvert par son opérateur de référence sur plus de la moitié de son trajet, le mobile n’a donc été connecté à celui-ci que sur une fraction de son parcours, entre le point de départ et le point (A) d’une part, entre (E) et (F) d’autre part.