La radio, mais comment ça marche ?

 

 

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I - Historique :

 

Les ondes radioélectriques (électromagnétiques) et leurs applications ont été découvertes progressivement par un ensemble de chercheurs au 19^ème siècle.

 

Citons nos tous premiers précurseurs :

 

- L’écossais James Clerk Maxwell suite à ses travaux sur l’électricité il pressent le principe de l’existence des ondes radioélectriques en 1860

 

- L’américain Malhon Loomis réussit à transmettre sans fil, un signal radioélectrique sous la forme du mouvement de l’aiguille d’un galvanomètre relié à un fil de cuivre de 200 mètres fixé à une fine plaque de cuivre portée par un cerf-volant  à un autre équipé du même système, entre les sommets de 2 collines  en 1866.

 

- Le germanique Heinrich Rudolf  Hertz met en évidence et décrit le phénomène des ondes électromagnétiques en 1886 qui sera appelé en son honneur « ondes hertziennes » en 1889.

 

- L’italien Gugliemo Marconi réalise la première liaison Radio Hertzienne  en 1887

 

- L’autrichien croate Nikola Tesla expérimente la première commande radioélectrique de télégraphie sans fil (TSF) en langage « morse », en 1889 et en 1893.

  

II - Définitions :

 

Une onde radioélectrique est un phénomène de vibrations à une fréquence précise (nombre de mouvements par seconde), d’un effet électromagnétique, se déplaçant à très grande vitesse dans l’espace (300 000 km par seconde, comme la vitesse de la lumière).

 

Cette onde est invisible, et capable de traverser la matière, grâce aux espaces existants entre les différents éléments atomiques. A la différence d’une « onde sonore » qui a besoin d’un gaz ou d’un liquide pour se propager, l’onde radioélectrique n’a pas besoin d’un support physique pour se propager. Elle peut donc circuler dans le vide spatial.

 

Cette onde se détermine par sa fréquence (nombre de mouvements par seconde en hertz) et sa longueur (distance parcourue par le mouvement vibratoire de l’onde lors de son émission au niveau de l’antenne, en fonction de sa fréquence).

 

Par convention internationale , les ondes radioélectriques sont comprises de la fréquence de 9 kilohertz (33km de longueur d’onde) à celle de 300 gigahertz (1 mm de longueur d’onde)

Par exemple, une onde d’une fréquence de 27 mégahertz(s) , correspond à une onde qui fera 27 millions (méga) de mouvements vibratoires en une seconde. Par ce fait, à la vitesse de 300 000 km par seconde, elle aura le temps de vibrer 27 millions de fois sur une longueur de 11 mètres en une seconde (300 000 km : par 27000000 = 0,011 km soit 11 mètres). Par ce fait, l’antenne idéale pour émettre et recevoir cette onde,  fera 11 mètres de long.

Prenons encore une des fréquences très utilisées pour nos téléphones portables : 1800 mhz = 1800 millions de mouvements (hertz) par seconde.

Si l’on divise 300000 km par 1800 millions, on obtient une longueur d’onde de 16 centimètres. On peut donc inclure l’antenne dans le « smartphone » lui-même, sous la forme d’un petit fil, solution qui prend peu de place et protège l’antenne.

 

III - Alors, comment ça marche ?

 

Prenons l’exemple d’un émetteur-récepteur radio portatif (Talkie-Walkie en anglais)

 

Et bien grâce aux lois de la physique, votre voix (produite par la vibration de vos cordes vocales, l’air de vos poumons, et votre bouche) fait vibrer l’air qui fait à son tour, vibrer la membrane d’un micro situé dans l’émetteur. Ces vibrations reprises par l’électronique de l’appareil, viennent modifier très légèrement sa fréquence d’émission d’ondes.

Le récepteur (réglé sur la même longueur d’onde que vous = même canal) de votre collègue qui se trouve par exemple à 1 km, reçoit les ondes émises par votre émetteur et ses très légères modifications de fréquence dues à votre parole qui font vibrer la membrane du haut-parleur du récepteur qui fait vibrer l’air, donc vos tympans, et vous identifiez ces vibrations comme  sa voix.

L’onde se déplaçant à 300000 km par seconde, vous entendez instantanément votre collègue car vous n’êtes qu’à 1 km de lui.

En revanche, les astronautes qui étaient sur la lune, avaient un décalage de légèrement plus d’une seconde avant de recevoir les messages radio de la terre, la lune se trouvant à 384 400 km de la terre.

 

IV - Pourquoi les ondes ont-elles du mal à passer dans certains cas ?

 

Nous savons que les ondes radio traversent les corps, en profitant des espaces interatomiques de la matière. Mais toutes les matières n’offrent pas les même possibilités de passage. Par exemple, un corps qui est composé d’ atomes à éléments très rapprochés, voire très conducteur de l’électricité , ou d’une grande épaisseur, ne laissera pas passer facilement les ondes, voire les arrêtera. Les ondes radio rencontres une certaine résistance de la matière à les laisser passer, ce qui en affaiblit la transmission.

Par ce fait, un mur en béton armé, une butte de terre, une colline, des arbres un gros transformateur, une cage  voire une cabine d’ascenseur, peuvent gêner ou même interrompre les liaisons radio.

De plus des champs électromagnétiques générés par des installations électriques (moteurs, régulateurs, armoire électrique, cage de faraday, lignes électriques à haute tension etc.), peuvent aussi parasiter l’onde radioélectrique.  L’orage, le brouillard , les tâches solaires, présentent également des effets gênant les transmissions radio.

 

On nomme les zones ou la radio ne passe pas « zones d’ombre » radioélectriques. Pour y pallier, on peut installer des relais radio (parfois appelés « antenne-miroir » par analogie avec la glace qui renvoie l’image), appareils émetteurs-récepteurs automatiques qui relancent votre émission.

Plus la longueur d’onde est courte (fréquences élevées), plus les ondes sont pénétrantes, mais en contrepartie, elles ont tendance à se propager principalement en ligne droite donc sont généralement inopérantes après la ligne d’horizon pour atteindre les autres points de la planète. Les émissions d’ondes à fréquences plus basses (dites grandes ondes), ont tendances à ricocher sur les couches atmosphériques et à faire le tour de la terre.

C’est la raisons pour laquelle votre téléphone portable en très haute fréquence (800 à 2600 Méga hertz) traverse bien les murs en béton de votre immeuble.  Sa portée maximum étant limitée par sa faible puissance (500 mètres en ville à 2 à 3 km environ en campagne), il nécessite de nombreux « relais » pour atteindre de grandes distances.

 

V - Pourquoi la puissance de nos émetteurs-récepteurs est-elle limitée ?

 

Pour des raisons de santé et de sécurité, la puissance d’émission des émetteurs- récepteurs portatifs utilisés par les personnes, est limitée. 

En effet les ondes radioélectriques nous traversent, et si elles étaient trop puissantes, nous feraient « cuire » à la manière d’un four à « micro-ondes », en agitant très fortement les molécules d’eau présentes dans notre corps.

 

En effet, on n’a pas le droit d’émettre sur n’importe quelle fréquence, ni avec n’importe quelle puissance. Cela gênerait voire empêcherait les liaisons administratives et de sécurité (pompiers, police, SAMU, ambulances, armée, douanes, navigation maritime et aérienne, etc.).

La puissance d’un émetteur s’exprime en Watts. Elle est limitée à 500 milliwatts (0,5 watt) pour les appareils portatifs en vente libre sans redevance à payer à l’état. La fréquence libre attribuée en France est de 446  Mégahertz(s) .

Les émetteurs-récepteurs plus puissants, (en général de 3 à 5 watts  pour les postes portatifs, 6 watts en VHF marine), sont soumis à déclaration, autorisation (licence), redevance et fréquence attribuée par l’état.

En ce qui concerne les « radioamateurs » qui échangent des messages dans le monde entier, ils ont une formation avec un certificat obligatoire à passer, et des fréquences et puissances maximums à respecter. L’implantation de leur station obéit également à des règles (voisinage, hauteur d’antenne, distance avec un émetteur administratif, monument historique etc.).

 

VI - Remarques

 

Dans le monde professionnel, il est interdit de diffuser des bêtises avec un poste émetteur. Seuls les conversations sérieuses et courtoises ayant un but précis sont admises.

 

Pour répondre à l’exigence de protection du travailleur isolé (PTI) imposée par le code du travail, il existe un système automatique d’émission radio d’une alarme identifiée, si l’émetteur porté par le travailleur reste immobile ou perd sa verticalité pendant un certain temps (généralement 30 secondes).

 

Ce dispositif est souvent appelé à tort « homme mort » . Il est préférable de le nommer « personne en difficulté » car si le porteur de l’émetteur est mort on ne pourra plus le secourir, et de plus, ce peut-être une femme.

 

Pour les usages confidentiels (liaisons des services administratifs et téléphones portables par exemples) les émissions et réceptions d’ondes sont codées et décodées pour n’être identifiées que par les émetteurs-récepteurs intéressés.

 

Dans tous les cas, même pour un usage entre particuliers, les insultes, menaces, et utilisations pour commettre délits et crimes sont interdites par la loi.

 

 

Les conversations peuvent être écoutées et localisées par les services de contrôle de l’état.

 

Symbole d’une antenne radio sur son pylône

 

Alain P.

Lycée des métiers de la sécurité.

Auteur YLEA.