LES ONDES N’ONT PAS DE FRONTIÈRES

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PROPAGATION RADIO : POURQUOI LES ONDES VOYAGENT-ELLES SI LOIN ?

Un jour, votre poste ne reçoit presque que les stations voisines. Le lendemain, l’Espagne, l’Italie ou un pays situé à plusieurs milliers de kilomètres arrive avec un signal impressionnant. Aucun changement de matériel : c’est la propagation qui a changé. Mais comment une onde radio peut-elle parcourir de telles distances ?

Tous les passionnés de radio ont probablement déjà vécu cette situation. Vous allumez votre poste CB et, soudainement, les canaux semblent remplis de stations étrangères. Sur les bandes radioamateurs HF, un opérateur situé en France parvient à contacter l’Amérique, l’Afrique ou l’Asie. À d’autres moments, ces mêmes bandes paraissent presque silencieuses. En VHF ou en UHF, il arrive également que des stations normalement beaucoup trop éloignées deviennent temporairement audibles. La puissance de l’émetteur n’a pas forcément changé. L’antenne non plus. Ce qui a changé, c’est le chemin emprunté par les ondes radio.

Bienvenue dans le monde fascinant de la propagation radioélectrique.

Une onde radio ne voyage pas toujours de la même manière

Lorsqu’un émetteur produit un signal, celui-ci peut rejoindre son correspondant par différents chemins.
Selon la fréquence utilisée, le relief, l’atmosphère et les conditions ionosphériques, l’onde peut notamment :

• se propager directement entre deux antennes ;
• suivre partiellement la surface terrestre ;
• être réfractée dans l’atmosphère ;
• revenir vers le sol après interaction avec l’ionosphère ;
• subir plusieurs « bonds » successifs entre le sol et les régions ionisées de la haute atmosphère ;
• ou bénéficier de phénomènes particuliers permettant temporairement des portées inhabituelles.

C’est pourquoi parler uniquement de la puissance d’un poste pour expliquer sa portée serait très réducteur.

La fréquence et les conditions de propagation sont souvent déterminantes.

L’ionosphère : une alliée située très haut au-dessus de nous

Pour comprendre les communications à grande distance en HF, il faut regarder très loin au-dessus de nos antennes. La ionosphère est une région de la haute atmosphère terrestre contenant de nombreuses particules ionisées sous l’effet notamment du rayonnement solaire. Elle s’étend sur plusieurs centaines de kilomètres d’altitude et joue un rôle essentiel dans la propagation de certaines fréquences radio. Le Soleil apporte de l’énergie aux atomes et molécules présents dans cette région, provoquant la formation d’électrons libres. Ces électrons influencent le trajet des ondes radio.

Contrairement à une représentation parfois utilisée, l’ionosphère ne se comporte pas exactement comme un miroir. Les ondes peuvent être progressivement réfractées, c’est-à-dire déviées, jusqu’à revenir vers la surface terrestre.

La HF peut franchir l’horizon

Les fréquences HF, généralement comprises entre 3 et 30 MHz, présentent un intérêt particulier pour les communications à grande distance. L’onde peut quitter l’antenne en direction du ciel. Si les conditions ionosphériques sont favorables et si la fréquence utilisée est adaptée, son trajet peut être suffisamment dévié pour revenir vers la Terre à plusieurs centaines ou plusieurs milliers de kilomètres.

C’est ce que l’on appelle couramment la propagation par : onde de ciel ou skywave.

Voilà pourquoi une station équipée de moyens relativement modestes peut parfois réaliser une liaison avec un autre continent.

Plusieurs bonds pour aller encore plus loin

Le premier retour vers la Terre ne marque pas nécessairement la fin du trajet. Une partie de l’énergie radio peut repartir vers l’ionosphère puis revenir une nouvelle fois vers le sol. Plusieurs bonds successifs peuvent ainsi se produire. Une onde peut alors parcourir des milliers, voire des dizaines de milliers de kilomètres. C’est l’une des raisons pour lesquelles certaines bandes HF permettent régulièrement des communications intercontinentales.

L’Union internationale des télécommunications prend d’ailleurs en compte ces différents mécanismes dans ses recommandations consacrées à la prévision des communications HF.

Et la Citizen-Band à 27 MHz ?

La Citizen-Band se situe autour de 27 MHz, donc dans la partie supérieure du domaine HF. Lorsque l’ionosphère présente des conditions favorables, ces fréquences peuvent elles aussi revenir vers la Terre à grande distance. C’est ce que les cibistes connaissent depuis longtemps sous le nom de : DX.
Un opérateur français peut alors entendre soudainement l’Espagne, l’Italie, le Portugal, l’Allemagne, la Scandinavie, l’Amérique ou d’autres régions du monde.

Et parfois avec des signaux particulièrement puissants. Quelques heures plus tard, tout peut avoir disparu. Les stations étrangères n’ont pas nécessairement éteint leurs postes.

Les conditions de propagation ont simplement évolué.

Pourquoi cela change-t-il entre le jour et la nuit ?

L’ionosphère n’est pas stable. Elle évolue continuellement sous l’influence du rayonnement solaire. Pendant la journée, plusieurs régions ionisées deviennent plus actives. Lorsque la nuit arrive, l’absence de rayonnement solaire direct entraîne une modification progressive de leur densité.
Les conditions de propagation changent donc en fonction :

• de l’heure,
• de la fréquence,
• de la saison,
• de l’activité solaire
• et de la position géographique.

Une bande excellente en pleine journée peut devenir presque silencieuse pendant la nuit. Inversement, certaines fréquences qui fonctionnent mal dans l’après-midi deviennent beaucoup plus intéressantes après le coucher du soleil. Les opérateurs expérimentés apprennent ainsi progressivement à associer : fréquence + heure + saison + conditions solaires.

Toutes les fréquences HF ne fonctionnent pas en même temps

Supposons qu’une station souhaite contacter un correspondant situé à 2 000 kilomètres. Une fréquence trop basse peut être fortement absorbée. Une fréquence adaptée pourra être réfractée vers la Terre. Une fréquence trop élevée peut traverser la région ionisée sans revenir vers la zone recherchée.

C’est ici qu’intervient notamment la notion de : MUF – Maximum Usable Frequency ou fréquence maximale utilisable.

Il s’agit, de manière simplifiée, de la fréquence maximale susceptible de permettre une liaison ionosphérique entre deux zones déterminées à un moment donné. La MUF évolue constamment. Une bande presque inutilisable le matin peut devenir excellente quelques heures plus tard.

Une fréquence trop basse peut également poser problème

On pourrait penser qu’il suffit de descendre en fréquence pour faciliter le retour des ondes vers la Terre. Mais certaines régions basses de l’ionosphère peuvent absorber fortement les fréquences les plus basses, notamment pendant la journée. L’onde perd alors une partie importante de son énergie avant même de pouvoir revenir vers le sol. Le choix d’une fréquence efficace résulte donc d’un équilibre.

Ni forcément trop basse, ni forcément trop haute.

Le Soleil joue un rôle majeur

Les amateurs de HF et de DX entendent régulièrement parler :

• des taches solaires ;
• du cycle solaire ;
• du flux solaire ;
• des éruptions solaires ;
• de l’activité géomagnétique ;
• ou encore de différents indices permettant d’apprécier l’état de l’environnement terrestre.

Ce n’est pas simplement du jargon. L’activité du Soleil influence directement l’ionosphère. Lorsque les conditions sont favorables, l’augmentation de l’ionisation peut permettre à des fréquences plus élevées de revenir vers la Terre. Certaines bandes peuvent alors devenir particulièrement performantes pour le DX. Mais une activité solaire importante peut aussi provoquer des perturbations.

Une éruption solaire peut perturber brutalement la HF

Lors d’une forte éruption solaire, le rayonnement arrivant sur la partie éclairée de la Terre peut modifier rapidement les régions ionisées de la haute atmosphère. Certaines fréquences HF peuvent alors subir une absorption beaucoup plus importante. Une bande excellente quelques minutes auparavant peut devenir soudainement très difficile à utiliser.

On parle parfois de : blackout radio ou d’évanouissement temporaire des communications HF.

La propagation sporadique E : les ouvertures surprises

Un autre phénomène passionne particulièrement les amateurs de radio : la Sporadic E, ou Es.

Des régions fortement ionisées peuvent apparaître temporairement dans la couche E de l’ionosphère, approximativement autour d’une centaine de kilomètres d’altitude. Ces couches peuvent permettre à des fréquences relativement élevées d’être renvoyées vers la Terre. L’UIT décrit ce phénomène dans ses travaux sur la propagation radioélectrique et indique qu’il peut conduire à des liaisons VHF inhabituelles.

Le résultat peut être spectaculaire. Un opérateur allume son poste. Quelques minutes auparavant, rien. Puis soudain : des stations distantes de plusieurs centaines ou de plus d’un millier de kilomètres deviennent audibles. L’ouverture peut ensuite disparaître aussi rapidement qu’elle est apparue.

La Sporadic E et le 27 MHz

Ce phénomène intéresse particulièrement les utilisateurs de la Citizen-Band. Autour de 27 MHz, certaines ouvertures permettent de recevoir très fortement des stations situées à plusieurs centaines ou milliers de kilomètres. L’UIT a notamment décrit l’influence des couches E sporadiques sur la réception d’émetteurs lointains. Un cibiste peut donc entendre en quelques minutes une succession de stations européennes normalement impossibles à recevoir dans des conditions locales ordinaires.

Ce sont ces journées où l’on entend souvent dire : « La propagation est ouverte ! »

VHF et UHF : une autre logique

Lorsque l’on monte vers les fréquences VHF et UHF, le comportement change.
Les liaisons terrestres habituelles deviennent davantage dépendantes de :

• la hauteur des antennes ;
• la visibilité radio ;
• le relief ;
• les bâtiments ;
• et l’environnement.

Une station installée sur un point élevé pourra ainsi couvrir une zone beaucoup plus importante qu’une station située au fond d’une vallée. Cela explique notamment l’importance de l’altitude pour le PMR446, la VHF radioamateur, l’UHF ou certains réseaux professionnels. Mais les VHF et UHF peuvent elles aussi bénéficier de phénomènes de propagation particuliers.

Quand la troposphère transporte les signaux beaucoup plus loin

La troposphère correspond à la partie basse de l’atmosphère, celle dans laquelle se déroulent la majorité des phénomènes météorologiques. Des variations de température, de pression et d’humidité modifient les propriétés de propagation des ondes radio. Dans certaines conditions, les ondes peuvent être courbées davantage vers le sol. Une couche atmosphérique peut même former une sorte de guide.

On parle alors de : duct troposphérique ou conduit troposphérique.

L’UIT prend en compte ces phénomènes dans ses recommandations consacrées à la propagation terrestre. Des signaux VHF ou UHF habituellement locaux peuvent alors être reçus à plusieurs centaines de kilomètres.

Pourquoi cela peut-il arriver par beau temps ?

Certaines périodes anticycloniques ou certaines inversions de température peuvent favoriser des couches atmosphériques particulièrement stables. Ces différences de température et d’humidité peuvent modifier le trajet des ondes. Un opérateur peut alors constater des relais normalement inaccessibles, des stations VHF éloignées, des signaux UHF inhabituels ou des émissions de radiodiffusion provenant de régions lointaines. Ces phénomènes peuvent durer quelques heures ou parfois davantage selon les conditions météorologiques.

Le relief reste déterminant

Toutes les variations de portée ne sont pas dues à l’ionosphère ou à la météo. En VHF/UHF notamment, le relief joue un rôle majeur. Une colline entre deux stations peut fortement affaiblir une liaison. À l’inverse, quelques dizaines de mètres de hauteur supplémentaires peuvent complètement transformer la portée. Deux portatifs PMR446 utilisés au niveau du sol dans une ville peuvent rencontrer des difficultés après quelques kilomètres. Les mêmes appareils placés en hauteur, avec un environnement dégagé, pourront offrir une portée très différente. Voilà pourquoi les chiffres de portée annoncés sans contexte doivent toujours être considérés avec prudence.

Les bâtiments et la végétation modifient aussi les signaux

Les ondes radio rencontrent de nombreux obstacles béton, métal, arbres, bâtiments, et relief. Elles peuvent être absorbées, réfléchies, diffractées ou affaiblies. Les effets varient selon la fréquence. Ainsi, un poste ne possède pas réellement une « portée de 5 km » ou « de 10 km » valable dans toutes les situations. La portée dépend avant tout de l’environnement réel dans lequel l’équipement est utilisé.

Pourquoi une station disparaît-elle alors qu’elle arrivait très fort ?

Une station étrangère arrive à S9. La conversation commence. Quelques minutes plus tard S7, puis S5 puis presque plus rien. La station distante n’a pas nécessairement diminué sa puissance. Le trajet des ondes a simplement changé.

Ce phénomène est couramment appelé QSB ou fading.

La force du signal peut augmenter et diminuer en fonction des variations de la propagation ou des différents trajets empruntés par les ondes. Les opérateurs DX connaissent particulièrement bien ces variations parfois très rapides.

La puissance ne fait pas tout

Comprendre la propagation conduit à une conclusion essentielle : augmenter la puissance ne garantit pas de multiplier la portée.

Lorsque les conditions ionosphériques ne permettent pas une liaison donnée, quelques watts supplémentaires ne créeront pas nécessairement le chemin qui manque. À l’inverse, lorsque la propagation est excellente, des contacts spectaculaires peuvent être réalisés avec une puissance relativement faible. C’est notamment ce qui fait tout l’intérêt du QRP chez certains radioamateurs. Une liaison réussie dépend donc de nombreux éléments fréquence, propagation, antenne, emplacement, bruit radioélectrique, puissance et savoir-faire de l’opérateur.

L’antenne reste essentielle

La propagation ne rend pas l’installation radio secondaire. Au contraire. Une bonne antenne permet de profiter pleinement des conditions existantes. Sa hauteur, son orientation, son rendement, son adaptation et la qualité de la ligne coaxiale jouent un rôle considérable. Une antenne efficace permet de mieux rayonner à l’émission et de mieux récupérer les signaux à la réception.

On pourrait résumer ainsi : La propagation ouvre la porte. L’antenne aide à la franchir.

Peut-on prévoir la propagation ?

Dans une certaine mesure, oui. Les opérateurs peuvent suivre :

• l’activité solaire ;
• les données ionosphériques ;
• la fréquence maximale utilisable ;
• l’activité géomagnétique ;
• les conditions météorologiques ;
• les balises radio ;
• les observations d’autres stations.

Des outils de prévision existent également pour différentes bandes. Mais la radio conserve toujours une part d’observation et d’expérience. Parfois, le moyen le plus simple reste encore : allumer son poste et écouter.

Les balises : des repères précieux

Les radioamateurs utilisent depuis longtemps des balises transmettant régulièrement sur certaines bandes. Elles permettent d’évaluer rapidement si une liaison est possible vers une zone déterminée. Une balise habituellement inaudible apparaît soudainement ? Une ouverture est peut-être en cours. Les outils informatiques et les réseaux de récepteurs automatisés permettent aujourd’hui d’aller encore plus loin, mais le principe reste très ancien : observer où et quand les signaux sont reçus.

Les SWL peuvent apprendre énormément sur la propagation

Les écouteurs SWL sont particulièrement bien placés pour observer ces phénomènes. Il suffit d’écouter régulièrement les mêmes bandes. Une station étrangère inexistante le matin apparaît l’après-midi. Une fréquence se remplit au coucher du soleil. Un continent entier semble devenir accessible pendant quelques heures. Sans jamais émettre, l’écoute permet déjà d’apprendre énormément. Un carnet indiquant date, heure, fréquence, station entendue, origine et force du signal, peut devenir un véritable journal d’observation de la propagation.

Une expérience simple à réaliser

Choisissez une bande que vous écoutez régulièrement. Pendant plusieurs jours, à différentes heures, notez les stations reçues, leur provenance, leur niveau, les variations et l’heure. Vous constaterez rapidement que le paysage radio évolue continuellement. Ce qui paraît impossible un jour devient parfois parfaitement réalisable le lendemain. C’est précisément ce qui rend la radio si passionnante.

Une bonne propagation peut aussi apporter des brouillages

Une ouverture n’apporte pas seulement les stations que l’on souhaite entendre. Elle peut également faire apparaître de nombreuses autres stations utilisant les mêmes fréquences à grande distance. Une fréquence habituellement calme peut alors devenir très chargée. Le phénomène est particulièrement visible sur la Citizen-Band lors de fortes ouvertures. Les ondes ne connaissent pas les frontières administratives. Une fréquence utilisée localement peut soudainement recevoir des stations situées dans plusieurs pays.

Comprendre la propagation, c’est mieux comprendre sa station

Lorsqu’une liaison échoue, le premier réflexe consiste parfois à incriminer le poste, l’antenne, la puissance ou le correspondant. Mais quelquefois, aucun équipement n’est en cause. La propagation ne permet simplement pas la liaison à ce moment précis. À l’inverse, lorsqu’un contact exceptionnel réussit, ce n’est pas forcément parce que le matériel est devenu soudainement plus performant.

La nature a simplement ouvert un chemin aux ondes.

Jusqu’où une onde radio peut-elle voyager ?

Il n’existe pas une seule réponse.

Quelques mètres, quelques kilomètres, quelques centaines de kilomètres, plusieurs milliers de kilomètres et parfois presque jusqu’à l’autre côté de la planète. Tout dépend de la fréquence, du type de propagation, du Soleil, de l’ionosphère, de l’atmosphère, du relief, des antennes et de l’environnement.

C’est précisément ce qui rend la radiocommunication si particulière.

La magie des ondes… expliquée par la science

Entendre pour la première fois une station située à plusieurs milliers de kilomètres peut sembler presque magique. Mais derrière cette magie apparente se trouvent le Soleil, l’atmosphère terrestre, l’ionosphère, la météo, les antennes et les lois de la physique.

La propagation rappelle une chose fondamentale : la portée d’un poste ne se résume jamais à sa puissance.

Un jour, une station située à seulement 100 kilomètres peut être difficilement audible. Le lendemain, une station située à 5 000 kilomètres arrivera parfaitement. Votre poste sera pourtant exactement le même.

C’est cette évolution permanente, cette observation et cette possibilité de parcourir le monde par les ondes qui continuent de fasciner des générations de cibistes, radioamateurs et écouteurs. Alors, lorsque votre bande préférée semble silencieuse, ne concluez pas trop vite qu’il ne se passe rien. Revenez quelques heures plus tard. Écoutez. Tournez doucement le bouton du récepteur.

La propagation pourrait bien avoir ouvert une fenêtre sur l’autre bout du monde.

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Rédacteur: Jean NEURDIN – Création F.F.A.R.A.S ©
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