Radio

La radio transmet des signaux à travers l'espace sous forme d'ondes électromagnétiques, émises par un courant qui oscille très vite dans un fil et captées par un autre fil au loin. Guglielmo Marconi fit de ces expériences de laboratoire une télégraphie sans fil opérationnelle en 1895, et la radiodiffusion de la parole et de la musique suivit au début du XXe siècle.

Ce que c’est

Un émetteur radio fait osciller très vite un courant dans un fil, l’antenne, qui émet des ondes électromagnétiques se propageant à la vitesse de la lumière. Dans un autre fil, elles font naître une copie minuscule du courant d’origine, qu’un récepteur change en son ou en traits sur du papier.

La planche montre le premier système utilisable, la télégraphie à étincelles de Marconi en 1896, limitée aux points et traits du morse. Au début des années 1920, des stations diffusaient la parole et la musique jusque dans les foyers.

Comment ça marche

Quand une étincelle jaillissait dans l’oscillateur de Hertz, une étincelle minuscule sautait dans l’anneau, à l’autre bout de la pièce.

Dans l’émetteur, une batterie alimente une bobine d’induction à travers le manipulateur Morse. La bobine élève la tension à plusieurs milliers de volts et charge deux boules de laiton séparées par un petit intervalle, l’éclateur. Quand la tension suffit, une étincelle jaillit et, tant qu’elle dure, laisse la charge aller et venir dans l’antenne à très haute fréquence. Chaque étincelle envoie une brève salve d’ondes. Un appui court sur le manipulateur donne un point à la réception, un appui long un trait.

Marconi dressa un long fil vertical sur un mât et relia l’autre côté de l’éclateur à une plaque de métal enterrée. Avec cette antenne mise à la terre, la portée passa de quelques centaines de mètres à plusieurs kilomètres.

Dans le détecteur à moustache de chat, un fil fin posé sur un cristal de galène ne laisse passer le courant que dans un sens.

Le récepteur avait aussi antenne et terre, avec entre elles un cohéreur : un petit tube de verre contenant de la limaille métallique entre deux bouchons d’argent. D’ordinaire, la limaille conduit mal. Les ondes font adhérer les grains : une pile locale y fait alors passer un courant qui actionne un relais, qui commande une sonnerie ou un enregistreur Morse. Un petit marteau, le frappeur, tape ensuite sur le tube pour décoller la limaille avant le signal suivant.

Les émetteurs à étincelles étalaient leur énergie sur une large bande de fréquences et se brouillaient mutuellement. Les circuits accordés, faits d’une bobine et d’un condensateur, permirent à chaque station de garder sa fréquence. Les émetteurs suivants produisirent une onde continue dont l’amplitude suivait la voix : c’est la modulation d’amplitude, ou AM. Dans le récepteur, un détecteur, d’abord un cristal puis une lampe à vide, élimine l’onde radio et ne garde que le son.

Comment la construire

Le récepteur le plus simple est le poste à galène. Sans pile, il tire toute son énergie des ondes de la station. La bobine et le condensateur ci-dessous couvrent une bonne partie des ondes moyennes en AM, selon l’antenne, et le poste marche mieux près d’un émetteur puissant.

Tendre une antenne. Tendre 15 à 30 mètres de fil de cuivre, le plus haut et le plus droit possible, entre deux arbres ou poteaux, isolé à chaque bout, avec un fil de descente jusqu’au poste.

Faire une prise de terre. Enfoncer un piquet de cuivre ou d’acier galvanisé d’un mètre dans un sol humide et le relier par un fil court et épais. Ne jamais utiliser une conduite de gaz.

Bobiner. Sur un tube de carton ou de plastique d’environ 8 cm de diamètre, enrouler 60 à 90 spires jointives de fil de cuivre émaillé de 0,3 à 0,5 mm. Faire une prise toutes les dix spires et gratter l’émail aux points de raccordement.

Ajouter un condensateur d’accord. Un condensateur variable d’environ 350 à 500 picofarads au maximum, acheté ou récupéré sur un vieux poste à piles, se branche aux bornes de la bobine et sélectionne les stations. Ne pas ouvrir les vieux postes branchés sur le secteur : leurs condensateurs peuvent garder une charge dangereuse longtemps après le débranchement. Sans condensateur variable, on peut encore s’accorder grossièrement en déplaçant l’antenne d’une prise à l’autre.

Monter un détecteur. Une diode au germanium est le plus simple. Un morceau de galène effleuré par un fil fin marche aussi, avec de la patience.

Câbler et écouter. Relier la terre au bas de la bobine et l’antenne à l’une des prises : moins de spires accordent le poste sur des fréquences plus hautes, plus de spires sur des fréquences plus basses, et une longue antenne marche souvent mieux sur une prise intermédiaire. Brancher le détecteur et l’écouteur en série, et placer cet ensemble aux bornes de la bobine. Utiliser un écouteur piézoélectrique à haute impédance avec une résistance d’environ 50 à 100 kilohms à ses bornes, ou un vieux casque du même type ; les écouteurs modernes, à basse impédance, chargent trop le circuit. Tourner lentement le condensateur.

Sécurité. Une antenne extérieure attire la foudre : la débrancher et la relier à la terre avant l’arrivée d’un orage, et ne jamais la toucher pendant. Le piquet de terre du poste ne protège pas de la foudre ; une antenne extérieure permanente exige un parafoudre et une mise à la terre installés selon les règles locales. Tenir tous les fils loin des lignes électriques, dont le contact peut tuer, et ne pas monter sur un toit sans échelle solide ni seconde personne. Ne pas construire d’émetteur : la plupart exigent une licence, et les émetteurs à étincelles sont interdits partout parce qu’ils brouillent les autres services. Les bobines d’induction produisent des milliers de volts et donnent des décharges douloureuses et dangereuses.

Histoire et évolutions

En 1865, James Clerk Maxwell prédit que champs électrique et magnétique pouvaient se propager ensemble sous forme d’ondes. Entre 1886 et 1888, à Karlsruhe, Heinrich Hertz produisit de telles ondes avec des étincelles, les détecta à travers son laboratoire avec un anneau de fil et montra qu’elles se comportaient comme la lumière. Édouard Branly (1890) et Oliver Lodge (1894) mirent au point le cohéreur, un tube de limaille métallique qui devient conducteur à l’arrivée des ondes. Le 7 mai 1895, Alexandre Popov présenta à Saint-Pétersbourg un récepteur à cohéreur à frappe automatique, conçu pour enregistrer les orages lointains.

La triode amplifiait les signaux faibles, ce qui améliora la réception et aida la radiodiffusion à se répandre.

Guglielmo Marconi, travaillant à la villa familiale Griffone, près de Bologne, visait d’emblée la télégraphie. À l’été 1895, avec une antenne verticale mise à la terre, il envoya des signaux à environ deux kilomètres, au-delà de la colline des Celestini ; de l’autre côté, un aide confirma la réception d’un coup de fusil. En 1896, il s’installa en Angleterre et y déposa son brevet. Le 12 décembre 1901, à Signal Hill (Terre-Neuve), lui et George Kemp entendirent les trois points de la lettre S envoyés depuis Poldhu (Cornouailles), grâce à un fil porté par un cerf-volant. Certains historiens pensent qu’ils n’ont entendu que des parasites, mais un service transatlantique régulier ouvrit en 1907.

Le 21 décembre 1906, Reginald Fessenden transmit par radio de la parole et de la musique depuis Brant Rock (Massachusetts), devant des témoins invités. Il écrivit plus tard que, la veille de Noël, il avait diffusé un programme vers des navires en mer ; ce récit date de 1932, et aucun document de 1906 n’en a été retrouvé. Le 2 novembre 1920, la station KDKA de Westinghouse, à Pittsburgh, diffusa les résultats de l’élection présidentielle, et dans les années 1950 les transistors firent tenir les postes dans une poche.