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Quelques aspects de la propagation des ondes radioélectriques

Propagation of radiofrequency waves in space
Bernard Démoulin
p. 30-45

Résumés

L’article aborde la question de la répartition spatiale des ondes électromagnétiques utilisées pour les besoins de la radiodiffusion, de la télévision et des télécommunications. Les propriétés physiques des ondes seront examinées indépendamment de tout développement mathématique. L’analyse de différentes technologies d’antennes, de leurs diagrammes de rayonnement, de l’influence du sol et de la présence d’obstacles viendra compléter l’article. Pour conclure une discussion sera entamée à propos de l’impact paysager des antennes et de l’évolution pressentie de leur population consécutive à l’usage des procédés de modulation numérique. La pollution électromagnétique sera également évoquée.

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Texte intégral

1. Introduction

1Les ondes électromagnétiques évoquées dans l’article couvrent les domaines de la radiodiffusion, de la télévision et des transmissions sans fils adoptées en téléphonie mobile. Historiquement, l’existence des ondes électromagnétiques a été prouvée vers 1864 grâce aux travaux théoriques menés par le physicien britannique James Clerc Maxwell. Toutefois, il faut attendre la toute fin du XIXème siècle pour que le physicien germanique Heinrich Hertz apporte, en 1888, une vérification expérimentale montrant que les champs électromagnétiques étaient transportées dans l’espace à la vitesse de la lumière proche de 300 000 km/s. Plus souvent appelées aux vues des présentes applications, « ondes radioélectriques » ou « ondes hertziennes », les champs transportés par les ondes se manifestent par l’induction de tensions ou de courants produits sur tout conducteur électrique exposé à ces phénomènes. En fonction des paramètres analysés, on peut assimiler les ondes électromagnétiques à des vibrations ou à un flux de photons transmis dans un milieu immatériel à la vitesse de la lumière.

2L’étude rigoureuse de la distribution des ondes radioélectriques dans l’espace exige l’usage de développements mathématiques très pointus que le cadre et l’esprit de l’article ne permettent pas d’approfondir. Aussi, le descriptif se cantonnera à une approche intuitive constituée par l’énoncé de quelques propriétés fondamentales et par l’examen de situations propices à un exposé didactique.

3On aborde, dans un premier paragraphe, les propriétés de base des ondes, à savoir la description d’observables physiques telles que la fréquence, la longueur d’onde ainsi que les champs électriques et magnétiques. Dans un second paragraphe, on parlera de la dispersion des ondes, des antennes d’émission et de la directivité des rayonnements. Dans un troisième paragraphe, le descriptif abordera le rôle imparti à la conductivité électrique du sol ainsi qu’à l’influence des obstacles. Ce troisième paragraphe se termine par l’apport de quelques détails sur le contexte des ondes radioélectriques extérieures à l’environnement terrestre. Pour conclure l’article, l’auteur s’interroge sur l’impact paysager des antennes et sur l’avenir pressenti de leur déploiement suite à l’adoption des procédés de modulation numérique. Quelques informations sur la pollution électromagnétique seront également communiquées en toute fin de l’article.

1. Génération et propagation des ondes radioélectriques

1.1. La constitution élémentaire d’une source de rayonnement

4La figure 1 illustre très schématiquement la constitution d’une source de rayonnement destinée à produire des ondes électromagnétiques pour une transmission sans fils. L’onde radioélectrique provient d’un générateur délivrant une tension et un courant de grande amplitude. Il s’agit d’un signal périodique de forme sinusoïdale et de période T. La fréquence f associée qui n’est autre que l’inverse de la période prend pour unité physique l’hertz et pour symbole Hz. En radioélectricité, les périodes T étant très inférieures à la seconde, les fréquences seront des multiples du hertz, C’est ainsi qu’on trouvera le kilohertz (kHz), le mégahertz (MHz) et le gigahertz (GHz). La fréquence porteuse f est modulée par le signal dont on souhaite transmettre le contenu dans l’espace grâce aux propriétés de propagation de l’onde porteuse. Le signal de modulation peut revêtir des caractéristiques diverses dont l’analyse sera très brièvement évoquée en conclusion de l’article. Le signal porteur est transporté vers une antenne au moyen d’un feeder, suivant la fréquence utilisée ou la puissance, la structure physique du feeder peut être très variable. Nous aurons l’opportunité de revenir sur cette question au cours du prochain paragraphe consacré à l’analyse des antennes. Il est important de préciser que le terme « feeder » d’origine anglophone s’adresse à tout conduit destiné à transmettre des signaux électriques sous une puissance généralement élevée.

5L’antenne dont la constitution géométrique est intimement liée à la longueur d’onde a pour fonction de transformer l’énergie électrique transportée dans le feeder en énergie électromagnétique transmise dans l’espace. Dès que l’on commute le générateur sur l’antenne émettrice, l’énergie électromagnétique véhiculée par l’onde se répartit dans l’espace sur une surface sphérique (ou hémisphérique) centrée sur l’antenne. Le rayon de cette sphère fictive croit avec le produit de la vitesse de la lumière et du temps rapporté à l’instant de commutation. La surface de la sphère est intitulée « le front d’onde ». Il faut signaler que la valeur rigoureuse de la vitesse de la lumière a été fixée par décret à 299 792, 458 km / s.

Figure 1 : Description sommaire des principaux constituants et paramètres physiques d’une source génératrice d’ondes radioélectriques

Figure 1 : Description sommaire des principaux constituants et paramètres physiques d’une source génératrice d’ondes radioélectriques

La zone marquée en trait fort représente une période T.

1.2. Champs et puissance portés par l’onde

6Une onde électromagnétique dans l’espace ne peut être observée que par la mesure des champs électromagnétiques et par l’appréciation de la puissance transportée. Les champs constituent des variables mathématiques prenant la structure de vecteurs. Ainsi, un retour sur la figure 1 signale sur le front d’onde un vecteur champ électrique matérialisé par le symbole E porté par un caractère gras. Le champ électrique prend pour unité le volt par mètre (V/m), on mesure le champ électrique à l’aide de capteurs appropriés. L’onde transporte également un champ magnétique porté par le vecteur H dont l’unité s’exprime en ampère par mètre (A/m). Champ électrique et champ magnétique sont indissociables et constituent deux vecteurs orthogonaux. Le plan contenant les vecteurs E et H s’intitule « plan de polarisation de l’onde », pour un observateur éloigné, le plan de polarisation est tangent au front d’onde, c’est-à-dire perpendiculaire à la direction radiale de propagation marquée par le symbole r.

7Sous ces conventions, si l’on forme le produit vectoriel de E et H, on obtient un troisième vecteur P colinéaire à la direction radiale r, vecteur dont l’unité s’exprime en watt par mètre carré (W/m2). Le vecteur P intitulé « vecteur de Poynting » représente la densité de puissance transportée par l’onde lors de la propagation dans l’espace. Si on suppose l’amplitude des vecteurs E et H uniformément répartie sur la surface sphérique du front d’onde, le produit scalaire de P et de la surface sphérique équivaut à la puissance totale transportée par l’onde. Si on néglige la dissipation d’énergie dans l’antenne, la puissance véhiculée par l’onde n’est autre que la puissance délivrée par le générateur.

1.3. Propagation et longueur d’onde

8Pour la suite de l’analyse, nous raisonnerons sur une onde porteuse non modulée dont la représentation graphique peut être donnée figure 2. La fonction sinusoïdale de période T oscille de part et d’autre de zéro entre l’amplitude maximale +Em et l’amplitude minimale –Em de champ électrique. Le champ magnétique suit une évolution tout à fait similaire. Le motif situé au bas de la figure donne une représentation d’amplitude en niveaux de gris, le gris moyen équivaut à l’amplitude nulle, le gris clair à l’amplitude maximale et le gris soutenu à l’amplitude minimale. L’échelle grisée va faciliter l’explication physique du phénomène de propagation. Pour cela, on suit l’évolution du front d’onde au cours d’intervalles de temps multiples de la période T. La figure 3 illustre l’interprétation physique du phénomène. Chaque motif porté sur la figure indique la configuration instantanée d’amplitude et de position du front d’onde après des durées respectivement égales à une période (T), deux périodes (2T), trois périodes (3T)…

9Sachant que le front d’onde progresse à la vitesse de la lumière c, la distance r parcourue après une période T sera le produit cT intitulé « longueur d’onde » ou ce qui revient au même, le rapport formé entre la célérité c et la fréquence f de la porteuse. La longueur d’onde sera désignée par le symbole λ, la longueur d’onde est d’autant plus petite qu’on accroît la fréquence porteuse. Pour des intervalles de temps situés entre les multiples de la période, le diagramme d’amplitude adopte forcément une configuration intermédiaire. Un observateur localisé à l’intérieur de la sphère du front d’onde verra, en fonction de la variable temps, l’amplitude de l’onde se dérouler au rythme de la fonction sinusoïdale de la figure 2, mais ce phénomène se manifestera avec un retard directement proportionnel au rapport liant la position r à la vitesse c.

10Nous verrons dans le déroulement de l’article que la longueur d’onde λ joue un rôle très important, et qu’elle constitue à ce titre une référence dimensionnelle dont la principale utilité consiste à exprimer les dimensions d’une antenne en fraction de longueur d’onde. Autrefois, les émetteurs de radiodiffusion n’étaient pas identifiés par la fréquence de la porteuse, mais par la longueur d’onde. C’est ainsi qu’on distinguait les grandes ondes de 2 000 m à 1 150 m adoptées pour la radiodiffusion pour lesquelles les fréquences se situent entre 150 kHz et 250 kHz. Les petites ondes entre 545 m et 167 m, pour les fréquences incluses entre 550 kHz et 1 600 kHz, les ondes courtes entre 50 m (5 900 kHz) et 18 m (16 000 kHz). Les émissions effectuées au-dessous de 18 mètres sont directement désignées par la fréquence, on trouve la bande FM entre 87 MHz et 108 MHz, soit des longueurs d’onde proches de 3 mètres. Les bandes IV et V utilisées pour la télévision et localisées entre 400 MHz et 700 MHz, c’est à dire des longueurs d’onde comprises entre 75 cm et 42 cm. Quant à la téléphonie GSM, les émissions s’effectuent sur des fréquences proches de 900 MHz et consécutivement sur des longueurs d’onde voisines de 30 centimètres. Les émissions reçues depuis les satellites artificiels géostationnaires adoptent des fréquences encore plus grandes situées au voisinage de 10 GHz, soit des longueurs d’onde de 3 centimètres. On envisage dans un avenir proche procéder à des émissions de 60 GHz, génératrices de longueurs d’onde de 5 millimètres, les radars anticollision installés sur véhicules utiliseront probablement ces gammes d’ondes.

11La longueur d’onde a un impact retentissant sur la forme et les dimensions des antennes ainsi que sur les phénomènes d’interférence avec les obstacles.

Figure 2 : Description de l’onde porteuse en fonction de la variable temps

Figure 2 : Description de l’onde porteuse en fonction de la variable temps

La zone marquée en trait fort représente une période T.

Figure 3 : Chronogramme illustrant la configuration de l’onde sur la direction radiale à des instants multiple de la période T de la porteuse

Figure 3 : Chronogramme illustrant la configuration de l’onde sur la direction radiale à des instants multiple de la période T de la porteuse

2. Propriétés physiques des ondes et du rayonnement

2.1. Dispersion de l’onde dans l’espace

12Revenons sur la puissance transportée par l’onde électromagnétique, et sous les conditions d’une source isotrope émettant un champ électromagnétique uniformément réparti sur la surface sphérique du front d’onde. Dans ce cas, la puissance transportée dans l’espace se résume au produit de la densité de puissance représentée par le vecteur de Poynting P et de la surface de la sphère, soit 4πr2. Les théories électromagnétiques indiquent qu’il existe entre le vecteur champ électrique E et le vecteur champ magnétique lointains H, un rapport invariant intitulé « impédance d’onde » prenant pour valeur remarquable 377 Ω. De cette propriété, on déduit immédiatement que la densité de puissance est proportionnelle à l’amplitude carrée du champ électrique (ou du champ magnétique). Si on néglige la contribution de tout phénomène d’absorption énergétique de l’onde au cours de la propagation, la puissance sera invariante sur la surface du front d’onde, et des propriétés précédentes, il résulte que l’amplitude du champ électrique (ou du champ magnétique) évolue de manière inversement proportionnelle au rayon r du front d’onde. Le champ va donc suivre une amplitude inversement proportionnelle à l’éloignement de l’observateur vis-à-vis de la source. La perte d’amplitude de l’onde avec l’éloignement de la source n’est pas à proprement parler une atténuation puisque sans aucun rapport avec une perte d’énergie, pour cette raison on adopte le terme « dispersion d’amplitude ».

13La figure 4 donne une illustration de la dispersion d’amplitude d’une onde établie sur la base de l’échelle en nuance de gris adoptée plus haut dans le texte. La dispersion de l’onde engendrée par l’éloignement de l’observateur a pour effet de réduire la dynamique des gris. A titre d’exemple, un observateur distant d’une cinquantaine de kilomètres d’un émetteur rayonnant une porteuse de fréquence 100 MHz reçoit un champ électrique d’une amplitude de 300 µV/m, à cinq kilomètres de l’émetteur l’amplitude du champ s’élève à 3 mV/m à cause de la loi inverse de dispersion de l’onde. Ce comportement est indépendant de la fréquence. Pour des raisons difficiles à justifier dans le cadre restreint de cet article, à une distance de l’antenne inférieure à la longueur d’onde λ, la loi de variation des champs en fonction de la distance r est profondément modifiée, c’est la zone de champ de proximité.

14Hormis la perte d’amplitude engendrée par la dispersion de l’onde, la portée de la source est en théorie infinie, la communication maintenue avec des sondes spatiales aujourd’hui localisées aux limites du système solaire apporte la preuve concrète de cette propriété. Les seules restrictions physiques imposées à la capture des champs proviennent de la sensibilité des récepteurs et du bruit électromagnétique ambiant. Pour la radiodiffusion, le seuil de réception se situe au voisinage de 100 µV / m. Pour capturer des ondes d’amplitude beaucoup plus faible inférieure au µV / m, l’usage d’amplificateurs cryogéniques est indispensable. En effet, l’immersion des composants électroniques dans des gaz liquéfiés à de basses températures permet de réduire l’amplitude du bruit engendré par le transport des électrons dans la matière active des circuits électroniques. La captation de signaux de faible amplitude suppose également que les antennes réceptrices soient installées dans des zones exemptes de pollutions électromagnétiques, tel est le cas du radiotélescope de Nançay situé dans la forêt de Sologne près de Vierzon.

Figure 4 : Illustration du phénomène de dispersion d’amplitude de l’onde

Figure 4 : Illustration du phénomène de dispersion d’amplitude de l’onde

2.2. La constitution des antennes

15En règle générale, une antenne fonctionne en mode résonnant, ce qui signifie que la dimension L0 de l’antenne forme un multiple entier du quart de la longueur d’onde λ de la porteuse. On rencontre le plus souvent les antennes monopole schématisées en partie gauche (a) de la figure 5 et les antennes dipôles symétriques en partie droite (b). Pour la radiodiffusion émettant sur ondes kilométriques (grandes ondes) ou ondes hectométriques (petites ondes), le monopole est constitué d’un pylône dont la base est connectée sur un pôle de la source génératrice de fréquence porteuse, le pôle opposé est en contact avec le sol. Inversement, pour une antenne de type dipôle, chaque pôle de la source est connecté sur un conducteur rectiligne dont la dimension L0 est rigoureusement égale au quart de la longueur d’onde. Une station de radiodiffusion émettant en grande onde sur la fréquence de 150 kHz correspond à une longueur d’onde de 2 000 m, la dimension L0 s’accordant sur le quart de la longueur d’onde sera donc voisine de 500 m. En revanche, une source émettant une porteuse sur la fréquence de 100 MHz donne une longueur d’onde de 3 m. En configuration dipôle, l’antenne sera composée de deux éléments de 75 cm, soit une envergure de 1,5 m. Cette confrontation géométrique explique immédiatement l’intérêt de la configuration monopole dès que la longueur d’onde dépasse la centaine de mètres.

Figure 5 : Configuration géométrique des antennes monopole et dipôle

Figure 5 : Configuration géométrique des antennes monopole et dipôle

16La figure 6 comporte l’illustration photographique de l’émetteur petites ondes de Lille dont la fréquence porteuse se situe à 1 376 kHz, soit une longueur d’onde de 218 m. La puissance rayonnée voisine de 300 kW autorise une portée excédant largement 200 km. Rappelons que la portée de l’émetteur est reliée à la limite de capture d’un champ électrique d’amplitude proche du seuil de sensibilité des récepteurs, estimée à 100 µV/m pour les équipements grand public. La dimension L0 du pylône est approximativement de 200 m, c'est-à-dire bien supérieure au quart de la longueur d’onde présentement évalué à 54 m. Le choix de la dimension de 200 m sera justifié lors du prochain paragraphe consacré à la directivité des

Figure 6 : Emetteur petites ondes de Lille, longueur d’onde 218 m, puissance 300 kW

Figure 6 : Emetteur petites ondes de Lille, longueur d’onde 218 m, puissance 300 kW

17Le générateur d’onde porteuse ainsi que le modulateur sont situés dans le bâtiment technique visible en partie gauche de la photo. Le feeder reliant la source haute fréquence à la base du pylône est constitué par un guide coaxial comprenant un conducteur central connecté à la base du pylône (monopole) et en périphérie un ensemble de conducteurs de retour décrivant les génératrices d’un cylindre. A la base du pylône, l’extrémité des conducteurs de retour est mise en contact avec la terre par un réseau de fils contenu dans le sol afin de constituer le plan de référence mentionné dans le schéma (a) de la figure 5.

18Sur une toute autre échelle de puissance d’émission et de fréquence porteuse, la figure 7 montre la photographie de la partie supérieure d’un pylône agencé comme station de base du réseau de téléphonie mobile. La prise de vue a été réalisée sur une aire de repos de l’autoroute A 26 (Calais – Reims). Le sommet du pylône culmine à une vingtaine de mètres du sol. Les installations techniques sont situées dans un local hors du champ de la photo. Le pylône supporte de nombreuses antennes compactes exploitées par différents opérateurs de téléphonie.

Figure 7 : Partie supérieure d’un pylône de station de base de téléphonie mobile

Figure 7 : Partie supérieure d’un pylône de station de base de téléphonie mobile

19On remarquera les aériens adoptés pour le système GSM émettant sur des porteuses de fréquence proche de 900 MHz, soit des longueurs d’onde voisines de 30 cm. Les aériens composés de réseaux de dipôles symétriques sont protégés des intempéries par une enveloppe étanche aux hydrométéores mais perméable aux ondes radioélectriques. Le feeder reliant le générateur de porteuse installé au sol est matérialisé par un câble coaxial disposé dans l’infrastructure métallique du pylône. La puissance de l’émission n’est pas connue, mais probablement inférieure à 10 W. La portée de l’émetteur GSM peut atteindre plus d’une dizaine de kilomètres. La présence d’obstacles sur le parcours de l’onde a pour effet de réduire la portée, ces aspects seront succinctement analysés plus loin dans l’article.

2.3. La directivité des antennes et du rayonnement

20Contrairement aux hypothèses simplificatrices formulées plus haut, la distribution de la puissance sur la surface sphérique (ou hémisphérique) du front d’onde n’est pas uniforme. Si on examine l’antenne monopole illustrée par l’émetteur petites ondes de la figure 6, la distribution de la puissance rayonnée et des champs autour du pylône est à symétrie de révolution. Autrement dit, et en absence d’obstacle majeur, l’intensité des champs est indépendante de l’angle de gisement défini par rapport à une référence méridienne. Par contre, l’amplitude du champ suivant l’angle de site rapporté au plan de sol peut varier dans de grandes proportions en fonction de facteurs liant la dimension de l’antenne à la longueur d’onde. Pour un observateur situé à la verticale du monopole et à une distance de ce dernier très supérieure à la longueur d’onde, les champs et la puissance rayonnés sont strictement nuls. Dès que l’observateur s’éloigne de la verticale, on observe des effets de directivité plus ou moins marqués. Le tracé du diagramme de rayonnement va permettre d’analyser la répartition de l’amplitude des ondes dans l’espace que l’on sait hautement corrélée aux propriétés de l’antenne. Il s’agit de tracés un peu analogues aux courbes isohypses rencontrées en topographie.

21Les courbes portées sur la figure 8 représentent les résultats de simulations numériques d’une antenne dipôle dont les dimensions L0 s’adressent à deux configurations. En (1) L0 s’accorde sur le quart de la longueur d’onde, soit : λ / 4. Sous la seconde configuration (2), l’accord s’effectue sur 3λ /4. Les diagrammes de rayonnement forment les courbes d’égale intensité du champ électrique calculées dans un plan contenant le dipôle. La position en site de l’observateur est repérée par l’angle polaire θ réalisé entre l’axe du dipôle et la trajectoire r liant l’antenne au point de calcul défini présentement par l’orientation du vecteur champ électrique E porté sur la figure.

Figure 8 : Simulations du tracé de diagrammes de rayonnement de dipôles symétriques

Figure 8 : Simulations du tracé de diagrammes de rayonnement de dipôles symétriques

22La simulation réalisée à l’aide de formules analytiques montre que pour le dipôle symétrique accordé sur λ / 4 le diagramme de rayonnement est composé de courbes proches de cercles. Cela signifie que l’amplitude du vecteur champ électrique E évolue avec une loi presque proportionnelle au sinus de l’angle polaire θ. Le rayonnement maximal en site est donc déterminé dans une direction perpendiculaire à l’axe de l’antenne. Compte tenu de la symétrie de révolution du champ, on déduit aisément que le diagramme de rayonnement porté dans l’espace en trois dimensions est pratiquement confondu avec une surface de forme torique. La configuration (2) indique très clairement qu’augmenter le rapport L0 sur la longueur d’onde λ a pour effet de modifier profondément le diagramme de rayonnement et consécutivement la répartition spatiale des champs en angle de site. Pour l’accord en 3λ / 4 mentionné par le tracé en trait continu de la figure 8, on relève deux lobes principaux de rayonnement. L’émission est symétrique par rapport au plan sécant à l’axe polaire. On observe deux lobes secondaires contenus dans ce plan de symétrie. Sachant que les échelles des axes horizontaux et verticaux représentent les amplitudes relatives du vecteur E rapportées à l’amplitude maximale relevée sous la configuration (1), on se rend compte que l’accord sous 3λ / 4 a pour effet d’accroître le champ maximum dans un facteur proche de 50 % et dans une direction dont l’angle de site est voisine de 45°.

23Revenons maintenant sur le monopole (a) illustré en figure 5. Sous l’hypothèse que le sol est composé d’un conducteur électrique presque parfait tel que le cuivre et qu’il s’agit d’une surface infiniment étendue, le plan se comporte vis-à-vis des ondes radioélectriques comme un miroir. Le champ électromagnétique rayonné vers la partie inférieure de l’antenne est réfléchi dans l’espace sans perte significative d’énergie. En conséquence, la puissance rayonnée par l’antenne se répartira sur une surface hémisphérique centrée sur la source. Tout se passe comme si un observateur localisé au dessus du plan recevait la superposition du champ rayonné par le monopole et d’un monopole fictif rigoureusement symétrique situé sous le plan, appelé pour cette raison « image électrique ». Autrement dit, l’antenne s’apparente à un dipôle symétrique constitué du monopole et de son image électrique. Toutefois, un retour sur l’émetteur petites ondes de la figure 6 indique qu’un mode résonnant en λ / 4 mène à un pylône de 54 m, alors que sur une résonance en 3λ / 4 on passe à 165 m, soit une dimension encore inférieure de 35 m à l’aérien de 200 m implanté sur le site de Lille. Ce surdimensionnement est justifié pour infléchir la direction du lobe principal parallèlement à la surface du sol.

24Un autre procédé intervenant sur la directivité des rayonnements consiste en la réalisation de réseaux d’antennes. L’exemple illustré figure 9 se réduit à un réseau composé de deux dipôles D1 et D2 symétriques et identiques accordés sur le quart de la longueur d’onde. Le réseau est adossé à un plan métallique réflecteur distant des dipôles de λ / 4. Cette disposition permet de produire face aux dipôles des interférences constructives avec l’onde provenant des images électriques, alors qu’à l’arrière du plan, le rayonnement est nécessairement atténué. De plus, en jouant convenablement sur l’espacement d des dipôles et sur les propriétés du feeder, on dispose de degrés de liberté supplémentaires. En effet, l’espacement d joue sur la différence de phases des ondes perçues par un observateur lointain alors que le feeder engendre un retard de propagation fonction de ses propriétés physiques et géométriques. En ajustant ces deux paramètres, on parvient à orienter le rayonnement maximum dans une direction privilégiée. L’usage de simulations théoriques offre évidemment une grande souplesse quant à la détermination des conditions optimales de directivité. Ces théories montrent qu’en accroissant la population de dipôles composant un réseau, on accroît la directivité de l’émission et par conséquent le gain dont la définition sera rappelée ci-après. Le réseau illustré Figure 9 n’est intéressant que sur des émissions réalisées aux fréquences supérieures à 100 MHz permettant d’agencer des aériens d’envergure raisonnable. Tel est le cas de la photographie portée à droite de la figure, quatre réflecteurs installés sur le mat du pylône permettent de couvrir les quatre points cardinaux du site d’émission. Le nombre de dipôles fixés sur chaque face détermine la directivité du réseau. Le cliché a été réalisé sur le site de l’émetteur FM de Montpellier Mont Saint-Baudille. On retrouve ce type de réseau sur les émetteurs TV et surtout sur les stations de base de la téléphonie mobile. C’est présentement le cas des aériens dissimulés sous la protection étanche signalée figure 7.

25Figure 9 : Réseaux de dipôles agencés pour produire un rayonnement directif

26La directivité d’une antenne ou d’un réseau d’antennes peut être rassemblée dans un seul paramètre intitulé « gain ». Le gain est le rapport formé entre le champ maximum rayonné par le réseau (ou l’antenne) au champ isotrope que produirait une antenne virtuelle émettant la même puissance. Le gain s’exprime sur une échelle logarithmique libellée en décibels (dB), un gain de 20 dB correspond à un facteur dix.

27Nous devons préciser que l’action du gain d’une antenne et consécutivement sa directivité conserve la loi de dispersion d’amplitude des ondes inversement proportionnelle à l’éloignement.

28Pour conclure ce sous-paragraphe, nous devons ajouter que les antennes monopoles telles que décrites en figures 5 et 6 peuvent comporter deux ou trois pylônes identiques formant un réseau. L’émetteur petites ondes de Strasbourg Sélestat est ainsi composé de trois pylônes distants et orientés de telle manière que la directivité principale couvre l’axe nord sud de la région Alsace.

29Un degré supplémentaire agissant sur la répartition des ondes dans l’espace consiste à intervenir sur la polarisation, l’examen de la figure 9 montre qu’après une rotation de 90° des dipôles D1 et D2 et du feeder, les champs électriques et magnétiques ont également pivoté de 90°. Ainsi, on peut passer d’une polarisation horizontale donnant un champ électrique parallèle au sol à une polarisation verticale normale à la précédente.

3. L’interaction des ondes radioélectriques avec la matière

3.1. L’influence de la conductivité électrique des sols

30Revenons un instant sur le monopole (a) de la figure 5, si le plan est un conducteur parfait et de dimensions idéalement infinies, le champ rayonné est totalement réfléchi vers la partie supérieure du plan. Cette propriété a pour cause l’impossibilité physique d’entrer de l’énergie électromagnétique dans un matériau de conductivité électrique infiniment grande. Le plan parfaitement conducteur réagit par conséquent d’une manière tout à fait similaire à un miroir optique. Un observateur situé au-dessus du plan est donc soumis au double effet du champ initialement rayonné par le monopole auquel s’ajoute le champ de son image électrique rigoureusement symétrique.

31Prenons maintenant le cas d’un matériau de grande conductivité électrique tel que le cuivre. Sous ces conditions, une faible partie de l’énergie pénètre dans ce matériau très conducteur et dans lequel se produiront des dissipations thermiques. Si on réalise le bilan de puissance rayonnée au-dessus et dans le plan, on prend conscience que le rendement de l’émission est moins favorable qu’en présence d’un conducteur parfait, pratiquement irréalisable dans l’état actuel de la technologie ! En définitive, à puissance d’émission identique et pour un observateur situé au-dessus du plan, la portée de l’émetteur sera réduite à cause de l’énergie dissipée dans le matériau le constituant. L’unité physique de la conductivité électrique est le siemens par mètre, ainsi le cuivre possède pour conductivité une valeur proche de 5,85 107 S/m. Considérons maintenant la surface du sol et plus spécialement la conductivité des terrains composant les grands bassins sédimentaires de la France, Flandres, Ile de France, Aquitaine… la conductivité de ces sols constitués pour la plupart de limons est voisine de 0,01 S / m, soit un chiffre plus d’un milliard de fois inférieur à la conductivité du cuivre ! Il est évident que l’effet réflecteur exercé par le sol est loin d’être idéal et qu’une part non négligeable de la puissance rayonnée par le monopole sera dissipée sous forme thermique dans la couverture superficielle du sol. La portée des émissions réalisées à partir de pylônes rayonnant sera donc très influencée par la conductivité électrique du sol intimement liée à la composition géologique de surface. Les sols contenant des granites (Bretagne, Massif Central) ou des calcaires (Lorraine, bordure des grands bassins sédimentaires, Causses) possèdent des conductivités électriques dix fois plus faibles que les couvertures en limons, soit 0,001 S / m, en contrepartie, l’eau salée bordant les marges continentales offre une conductivité dix fois plus élevée proche de 0,1 S/m. Le calcul de l’interaction des ondes radioélectriques avec les matériaux de conductivités électriques modérées est un problème physique difficile qui ne peut être résolu qu’au prix de simulations numériques très sophistiquées. Les caractéristiques d’implantation d’un site pour des émissions réalisées en petites ondes ou grandes ondes et consécutivement la prédiction de la portée des émetteurs doit être effectuée en fonction de ces critères.

32Il est utile de mentionner que les émissions réalisées en ondes métriques et décimétriques sont par rapport aux précédentes moins influencées par la conductivité des sols. Compte tenu des dimensions raisonnables des dipôles, les aériens sont installés au sommet de pylônes et situés à une altitude parfois supérieure à 200 m de la surface du sol. Sous ces conditions, dans un rayon allant de 50 à 100 km, la réception des ondes s’effectue sous portée quasi optique. L’influence de la conductivité électrique du sol est donc nettement réduite.

33Il faut également signaler que les ondes pénétrant dans le sol subissent une atténuation très importante dont l’évolution en profondeur est inversement proportionnelle à la racine carrée du produit de la fréquence et de la conductivité électrique. Tout revient à dire que le champ entrant dans les matériaux conducteurs se concentre en surface sur une épaisseur δ appelée « profondeur de pénétration ». Une onde de fréquence 1 MHz pénétrant dans un sol de conductivité électrique de 0,01 S / m sera concentrée dans une épaisseur δ de 5 m, à la fréquence de 100 MHz cette couche est réduite à 50 cm. Ce phénomène explique en partie l’extinction de la réception des grandes ondes ou des petites ondes dès qu’un véhicule équipé de la radio emprunte un long tunnel. Paradoxalement, ce phénomène d’atténuation est beaucoup moins perceptible lors de la réception des programmes de la radio FM diffusant sur des porteuses proches de 100 MHz, soit des longueurs d’ondes voisines de 3 m. En effet, dès que la longueur d’onde passe au-dessous des dimensions transversales du tunnel, ce dernier guide la propagation des ondes entrant par les extrémités. Bien entendu, l’atténuation sera plus importante que la dispersion naturelle trouvée en espace libre à cause des dissipations d’énergie engendrées dans les parois de conductivité électrique modérée du tunnel.

3.2. Influence des obstacles

34L’interaction des ondes radioélectriques avec les obstacles est un problème difficile qui ne peut être résolu rigoureusement qu’à l’aide de développements mathématiques. Toutefois, nous nous cantonnerons à des approches intuitives inspirées de la diffraction des ondes par des objets conducteurs. Imaginons une onde radioélectrique agissant sur un objet dont le rapport des dimensions vis-à-vis de la longueur d’onde jouera un rôle déterminant dans les processus de réflexion et d’occultation des ondes.

35Considérons tout d’abord un objet de dimensions très inférieures à la longueur d’onde du champ excitateur. L’interaction de l’onde incidente a pour effet primaire l’induction de courants répartis uniformément sur toute la surface de l’objet. Ces courants provoquent une onde secondaire intitulée dans ce contexte « onde diffractée ». Sur la face exposée au champ électromagnétique, l’onde diffractée renvoie l’énergie électromagnétique vers la source. L’interprétation locale du phénomène équivaut à une réflexion de l’onde. Pour un observateur localisé sur la face opposée de l’objet, c'est-à-dire à l’ombre de l’onde incidente, seule l’énergie électromagnétique due à l’onde diffractée peut être perçue, car l’onde incidente est totalement absorbée lors de la traversée du milieu conducteur constituant l’objet.

36Lorsqu’on accroît la fréquence de l’onde porteuse afin que la longueur d’onde soit proche des dimensions de l’objet, la distribution des courants en surface cesse d’être uniforme. Sur la face éclairée, les courants maintiennent l’amplitude initiale, alors que sur la face située à l’ombre de la source, les courants diminuent d’amplitude. Il en résulte que les champs portés par l’onde diffractée à l’ombre de l’objet diminuent dans le même rapport que les courants et qu’il s’en suit un effet d’occultation plus prononcé de l’onde incidente.

37Un accroissement encore plus important de la fréquence amenant une longueur d’onde plus de cent fois inférieure à la taille de l’objet a pour conséquence d’éliminer totalement les courants induits sur la face cachée de l’objet. L’occultation de l’onde incidente est totale sur cette face alors que la réflexion de l’onde incidente passe au paroxysme sur la face éclairée.

38Dans ce contexte, l’interposition d’une chaîne de montagne culminant à 1 500 m entre un émetteur de radiodiffusion et un observateur lointain produira une atténuation modérée si l’émission a lieu en grandes ondes. En revanche, l’atténuation sera très perceptible si l’émission est réalisée en petites ondes. S’il s’agit d’émetteurs diffusant la modulation de fréquence sur des porteuses proches de 100 MHz, l’occultation sera totale. Le lecteur peut se livrer à l’expérience en comparant la réception de la radio sur le plateau lorrain et en plaine d’Alsace entre lesquels s’interpose le massif vosgien. La réception de France Inter grandes ondes sur la fréquence de 165 kHz sera assez peu influencée, par contre la réception des programmes de France Info émettant en petites ondes sur l’émetteur régional de Nancy (fréquence 837 kHz) se situeront en limite de réception après franchissement de la ligne de crête des Vosges. Quant aux émissions provenant des émetteurs FM de Nancy ou d’Epinal, l’extinction sera totale dès le passage en Alsace !

39Les obstacles représentés par les immeubles obéissent à des lois de diffraction similaires hormis l’homothétie géométrique. Par exemple, la diffraction produite par un immeuble de 15 m de hauteur est suffisante pour maintenir inchangé le niveau des champs collectés à l’ombre de la construction éclairée par des émissions en grandes ondes ou petites ondes. Par contre la réception des programmes en FM émettant sur des longueurs d’ondes de 3 m peut être sérieusement altérée. Quant aux ondes émises par les téléphones GSM ou les stations de base couvrant le domaine décimétrique (30 cm de longueur d’onde), la présence de ces gros objets se traduira par une réception d’intensité très aléatoire ou se combinent effets d’occultations et de réflexions multiples des ondes.

40D’autres paramètres que les composants géologiques ou les matériaux primaires de construction peuvent diversement atténuer les ondes en fonction de la fréquence des porteuses. Tel est le cas des ouvertures pratiquées dans des écrans conducteurs ou plus généralement les grilles métalliques constituants majeurs des structures en béton armé. Du point de vue de la pénétration des ondes radioélectriques, un immeuble en béton armé est assimilable à une cage formée de barreaux métalliques délimitant un grand nombre d’ouvertures. Pour simplifier, nous supposons ces ouvertures toutes identiques et de forme rectangulaire. Soumis à une onde électromagnétique extérieure, l’immeuble constitue un réseau de conducteurs siège de courants induits. Ces courants produisent un champ antagoniste au champ incident. Autrement dit, un observateur situé à l’intérieur de l’immeuble enregistre une atténuation du champ dont l’importance relative va dépendre de la longueur d’onde du champ excitateur. Une alternative à ce raisonnement consiste à dire que les ouvertures réalisées par le maillage du béton opposent une atténuation au passage de l’onde incidente. Ainsi, dès que la longueur d’onde est très supérieure à la plus grande dimension de ces rectangles, l’onde extérieure sera fortement atténuée et cela d’autant plus que le rapport longueur d’onde sur dimension de l’ouverture augmente ! En revanche, dès que la fréquence de l’onde s’accroît pour atteindre la condition de résonance des ouvertures, ces dernières deviennent transparentes au champ extérieur. La condition de résonance est obtenue lorsque la demi longueur d’onde s’accorde sur la plus grande dimension de l’ouverture rectangulaire.

41Le lecteur pourra observer une dégradation très importante de la qualité de la réception de la radiodiffusion en grandes ondes à l’intérieur de la plupart des immeubles construits en bétons armés. L’atténuation peut atteindre un facteur 10 soit une amplitude de 20 dB convertie en échelle logarithmique. En petites ondes, l’atténuation est moins importante du fait de la réduction de la longueur d’onde, et pratiquement inexistante pour la réception des programmes de la FM. Ceux-ci émettant sur 3 m de longueur d’onde, la condition de résonance doit se produire pour des ouvertures dont la plus grande dimension dépasse 1,5 m, ce qui est généralement le cas au niveau des fenêtres ou des portes d’accès. De ce constat, on déduit immédiatement que les transmissions en téléphonie mobile GSM seront très peu affectées par ces atténuations étant donné que la condition de résonance se manifeste pour des ouvertures de 15 cm !

42Les lignes téléphoniques aériennes ainsi que les lignes d’énergie électrique contribuent à l’atténuation locale des ondes. L’atténuation est due à la présence d’un conducteur périodiquement connecté à la terre. Tel est le cas du blindage de protection des lignes téléphonique ou du conducteur neutre rencontré sur les réseaux d’énergie électrique basse tension. Les ondes radioélectriques induisent des courants sur ces conducteurs passifs, courants qui donnent naissance à un champ antagoniste. Il s’en suit une atténuation locale des ondes, le phénomène est surtout perceptible sur la réception de la radiodiffusion en grandes ou petites ondes. En effet, dès que l’altitude de la ligne rapportée au sol dépasse le quart de la longueur d’onde, il peut être démontré que l’atténuation diminue. Ces phénomènes se manifestent dans le voisinage immédiat de la ligne, notamment lors de l’écoute de la radio dans un véhicule longeant une ligne téléphonique ou lors du franchissement inférieur d’un ouvrage d’art composé en béton armé.

43Les conditions météorologiques influencent également la propagation des ondes. L’indice de réfraction de l’air modifié par les gradients de pression ou de température relevés à l’échelle régionale est suffisant pour accroître la portée des émetteurs par courbure de la trajectoire des ondes. On observe ces phénomènes lors de certains épisodes anticycloniques. Quant aux hydrométéores, leur impact est surtout sensible sur la propagation des ondes centimétriques lorsque se manifeste l’absorption dipolaire des molécules d’eau.

3.3. Les ondes radioélectriques extérieures à l’environnement terrestre

44Au sommet de la tropopause se situent des couches formant des plasmas à faible densité dont l’origine provient de l’ionisation de l’air. A ces altitudes situées entre 30 et 100 km du sol, l’action des particules émises par le soleil ou les rayonnements X et γ venant du cosmos ionisent les atomes composant l’air raréfiée. Le plasma est similaire à un écran conducteur capable d’absorber et de réfléchir des ondes radioélectriques émises depuis la surface du sol ou d’un satellite artificiel. Sachant que la position du plasma varie en situation diurne ou nocturne, la réflexion des ondes émise depuis un émetteur terrestre sera plus ou moins influencée. La nuit, le plasma est situé à une altitude d’une centaine de kilomètres, cette configuration est alors propice à la réflexion des petites ondes. L’accroissement du nombre de stations capturées en réception nocturne sur un récepteur radio usuel est à ce titre édifiant. Cela signifie que la portée des émetteurs peut être singulièrement accrue par la réflexion ionosphérique nocturne. Les radioamateurs communiquent bien souvent en ondes courtes pour exploiter de manière optimale ce phénomène naturel. Les couches du plasma de l’ionosphère sont également influencées par l’intensité de l’activité solaire. On observe des variations importantes de la couverture des émetteurs ondes courtes lors des aurores polaires. Dans certaines gammes de fréquences les ondes sont absorbées lors de la traversée de l’ionosphère. Pour cette raison, les communications hertziennes réalisées avec les satellites artificiels ne peuvent s’établir qu’à l’intérieur de fenêtres spectrales où l’absorption est réduite.

45Le cosmos constitue également une source de rayonnement d’ondes radioélectriques provenant principalement des réactions de fusion nucléaire engendrées dans les étoiles. Ces rayonnements couvrent une vaste étendue de fréquences allant de quelques Hz à plusieurs GHz. La plupart de ces émissions lointaines se manifestent sous forme d’ondes incohérentes assimilables à un bruit électromagnétique. La preuve expérimentale du rayonnement radioélectrique cosmique fut apportée dès les années trente par Karl Guth Jansky des Bell Telephone Laboratories aux USA. Jansky cherchait à comprendre l’origine des parasites qui perturbaient la mise au point d’un amplificateur qu’il venait de réaliser. A l’aide d’une antenne directive, il parvint à localiser la source située dans la direction de la constellation du sagittaire alignée sur le centre de la galaxie. Cette découverte déclenchait par la suite d’importants travaux sur la radioastronomie, des objets célestes éloignés de plusieurs milliards d’années-lumière furent ainsi localisés grâce à leur rayonnement radioélectrique.

4. Impact environnemental des ondes radioélectriques

46La seule empreinte visible des ondes radioélectriques est sans nul doute le spectacle offert par les antennes dont la subtilité des détails technologiques constitue une originalité esthétique inestimable. Les expériences de transmissions sans fils pratiquées au tout début du XXème siècle par le Général Ferrié sur la tour Eifel ont certainement contribué à sauver cet édifice de la démolition. Après le musée du Louvre, c’est probablement le monument le plus visité de la capitale !

47Les antennes coiffant les sommets du Puy de Dôme, du Mont Ventoux, du Pic du Midi de Bigorre, du Mont Chauve à Nice, de la chaîne de l’Etoile à Marseille… et de bien d’autres endroits apportent indéniablement une valeur ajoutée à ces sites naturels. Absurde serait donc l’idée de vouloir dissimuler ces antennes derrière des carénages, car leur examen attentif révèle tant de réponses sur la répartition spatiale des ondes qu’elles dispersent à des distances parfois considérables.

48La place a manqué pour décrire toutes les technologies d’antennes et leurs propriétés attrayantes. Il est vraisemblable que le lecteur sera intrigué par les antennes à réflecteurs paraboliques. Ces dernières permettent la communication avec les satellites artificiels évoluant en orbite géostationnaire à près de 36 000 km de la terre ou avec les sondes spatiales explorant les planètes les plus lointaines du système solaire. Ces antennes dotées de réflecteurs constitués d’un secteur de paraboloïde métallique réalisent l’analogie avec les phares optiques. En effet, l’adoption des ondes centimétriques seules capables de franchir la barrière ionosphérique sans atténuation importante forme un lien naturel avec l’optique. Dans cette technologie d’antenne, on accroît le rapport dimensions du réflecteur sur longueur d’onde pour émettre de grandes densités de puissance ou élever l’amplitude minuscule des champs provenant de sources lointaines. Les capteurs de champ ou les sources radioélectriques situées aux foyers des réflecteurs témoignent également des immenses progrès réalisés dans les composants électroniques de l’ultra haute fréquence. C’est en partie grâce à ces avancées technologiques que façades et toitures de nos habitations sont aujourd’hui enrichies par la présence rassurante de ces objets. Il est certain que nous devons considérer les antennes comme parties intégrantes des paysages et de l’urbanisme contemporain, car depuis plus d’une dizaine de décennies, les ondes radioélectriques rendent d’immenses services en favorisant la communication et le développement culturel de vastes populations indépendamment de leurs origines ethniques, religieuses et sociales.

Conclusion

49Pour conclure l’article, il parait intéressant d’évoquer la question de l’évolution future des communications hertziennes et de leurs relations avec les antennes et l’espace. C’est un vaste sujet impossible à décrire en quelques lignes, néanmoins l’avènement récent de la télévision numérique terrestre peut aider à comprendre simplement les mutations actuelles de cet univers complexe.

50Dans l’ancien mode de transmission de la télévision appelé « analogique », un canal, ou si l’on préfère une onde porteuse, est assigné à un programme spécifique (TF1 ou Antenne 2, ou FR3). En réalité, le canal analogique est composé d’un couple de fréquences porteuses, l’une pour l’image, l’autre pour le son. Dans le protocole analogique les variations d’amplitude du son et les variations de contraste de l’image modulent directement l’amplitude de l’onde porteuse. La variation de chrominance est traitée séparément sur une fréquence sous porteuse combinée à la porteuse principale. Ce procédé permet de couvrir toute une région par un émetteur puissant situé sur un point élevé, tel est le cas de l’émetteur de Lille Bouvigny desservant le Nord – Pas-de-Calais. La transmission hertzienne analogique, ainsi dénommée, rencontre cependant trois inconvénients majeurs. La qualité de l’image peut être fréquemment compromise par les interférences engendrées par des échos provenant d’obstacles naturels ou artificiels ou par des émetteurs lointains utilisant le même canal. D’autre part, les longueurs d’ondes adoptées pour la télévision hertzienne étant proches du domaine décimétrique, la moindre aspérité de relief provoque une atténuation significative de l’onde porteuse entraînant une dégradation de la qualité de l’image par superposition du bruit de fond des circuits électroniques du récepteur. De plus, dans le contexte de la télévision « analogique », la création de nouveaux programmes exige des fréquences porteuses supplémentaires et consécutivement un encombrement accru des bandes de fréquences allouées pour la télévision. Toutes ces raisons incitèrent les autorités européennes de l’audiovisuel à l’abandon de la transmission analogique pour le numérique.

51La télévision numérique convertit sous forme digitale les signaux véhiculant le son, le contraste et la chrominance de l’image. Si on module l’onde porteuse par les données numériques sans traitement préalable, la réception se révèle tout aussi sensible aux échos parasites que le système analogique. C’est pour compenser ces phénomènes indésirables qu’un procédé ingénieux de modulation connu sous l’abréviation OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) fut mis au point dans la précédente décennie. Ce procédé permet d’envoyer séquentiellement des paquets de données appartenant à des programmes disjoints. Cette fonction réalise le multiplexage des transmissions de TF1, Antenne 2 et FR3 sur le même canal. Les porteuses des canaux libérés peuvent alors être réutilisées pour l’émission d’autres programmes ou d’autres services. L’évolution technologique consécutive au traitement numérique de la modulation offre aussi une économie d’énergie appréciable lors de l’émission de plusieurs programmes simultanés. A ces avantages d’exploitation s’ajoute la collecte d’une image de haute qualité, car le contraste de l’image régénérée après décodage des données numériques dépasse largement le seuil de bruit des circuits de réception.

52L’implantation des antennes émettrices n’a pas pour l’instant subi de profonds bouleversements suite au passage en modulation numérique de la plupart des émetteurs TV du territoire. Toutefois, la transmission numérique devrait progressivement inciter les opérateurs de télédiffusion à opter pour l’abandon des émetteurs régionaux puissants au profit d’une population d’émetteurs secondaires moins puissants mais évidemment plus dense. Il en résultera, sans aucun doute, un retentissement sur l’impact paysager. Quant aux antennes réceptrices, le déploiement de la télévision numérique nécessite l’usage d’un amplificateur directement intégré à l’antenne ainsi qu’une modification substantielle de la forme des aériens afin d’en améliorer la directivité.

53On a longuement évoqué dans l’article les émissions de radiodiffusion en grandes ondes et petites ondes, ce choix était délibérément pédagogique car l’écoute des stations émettant sur ces gammes d’ondes est de plus en plus boudée au profit de la bande FM. En effet, la modulation de fréquence analogique telle qu’adoptée aujourd’hui procure une meilleure dynamique des sons, et les bandes de fréquences utilisées situées autour de 100 MHz se révèlent nettement moins perturbées par les parasites radioélectriques que les petites et grandes ondes. Toutefois, il n’est pas impossible qu’on équipe dans un avenir indéterminé certains centres émetteurs petites ondes de la modulation numérique. Cette bande de fréquences pourrait alors connaître un regain d’intérêt sans exiger le déploiement de nouveaux réseaux d’antennes. Effectivement, n’oublions pas que les émissions petites ondes réalisées sur des fréquences porteuses situées entre 1 600 kHz et 550 kHz sont naturellement moins sensibles aux aspérités de relief que les émissions de la bande FM pratiquées sur ondes métriques. Les émetteurs PO d’une puissance généralement supérieure à 100 kW autorisent des couvertures très étendues dépassant 200 kilomètres ! A titre d’exemple, l’émetteur PO de Lille illustré sur la figure 6 possède une limite de couverture située approximativement à 300 kilomètres de Lille, les émissions réalisées depuis cette antenne sont encore détectables dans la province de Friesland au nord des Pays Bas. Restera évidemment à résoudre la difficile question de l’immunité aux parasites des signaux reçus sur ces gammes d’ondes.

54Car au même titre que l’air, l’eau et les sols, l’espace radioélectrique est de plus en plus pollué par des activités anthropiques de toutes origines. Si on excepte les phénomènes électromagnétiques naturels induits par la foudre, les « parasites » engendrés par les appareils alimentés sous l’énergie électriques produisent en tout lieu des bruits électromagnétiques dont il faut s’efforcer de réduire les effets au moyen de blindages, de filtres ou de codages adéquats. Tel est le cas pour les véhicules individuels à propulsion électrique dont le développement pose la question de la compatibilité électromagnétique avec les instruments de bord de la voiture et les installations riveraines des routes. Ces nouvelles technologies de propulsion seraient évidemment ternies si leurs propres interférences électromagnétiques limitaient l’usage des équipements multimédias ou autres fonctions électroniques embarquées !

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Bibliographie

BUREAU DES LONGITUDES, La galaxie, l’univers extragalactique, Encyclopédie scientifique de l’univers, Editée par Gauthier-Villars (278 pages), 1980.

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Texte de 6 pages disponible sous la rubrique publications du site : http://telice.univ-lille1.fr/

DEMOULIN B., BESNIER P., Les chambres réverbérantes en électromagnétisme, Edité par Hermès Lavoisier, collection des télécommunications, (422 pages), 2010
Book available in english with ISTE Wiley publisher, 2011.

DUCROS A., Les antennes, théorie et pratique, émission et réception, Elektor publitronic, (468 pages), 2008.

HEY J.-S., The radio universe, 3 rd edition, published by Pergamon press, (340 pages), 1983.

HERTZ H., Electric waves, Translated by D.E. Jones, London Macmillan co (1893) and New York Dover (1962).

NEY M., Bases de l’électromagnétisme, Encyclopédie des Techniques de l’Ingénieur

Dossier E 1020, (19 pages).

NICOLAS M., Ondes et électromagnétisme, Edité par Dunod, parcours ingénieur, (230 pages), 2009.

PICON O., Les antennes, conception et applications, Edité par Dunod, l’usine nouvelle, (366 pages), 2009.

VASTENOUD J., Les ondes courtes encerclent la terre, Edité par Dunod, Monographies Philips, (120 pages), 1967.

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Table des illustrations

Titre Figure 1 : Description sommaire des principaux constituants et paramètres physiques d’une source génératrice d’ondes radioélectriques
Légende La zone marquée en trait fort représente une période T.
URL http://tem.revues.org/docannexe/image/1447/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 144k
Titre Figure 2 : Description de l’onde porteuse en fonction de la variable temps
Légende La zone marquée en trait fort représente une période T.
URL http://tem.revues.org/docannexe/image/1447/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 92k
Titre Figure 3 : Chronogramme illustrant la configuration de l’onde sur la direction radiale à des instants multiple de la période T de la porteuse
URL http://tem.revues.org/docannexe/image/1447/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 108k
Titre Figure 4 : Illustration du phénomène de dispersion d’amplitude de l’onde
URL http://tem.revues.org/docannexe/image/1447/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 96k
Titre Figure 5 : Configuration géométrique des antennes monopole et dipôle
URL http://tem.revues.org/docannexe/image/1447/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 84k
Titre Figure 6 : Emetteur petites ondes de Lille, longueur d’onde 218 m, puissance 300 kW
URL http://tem.revues.org/docannexe/image/1447/img-6.jpg
Fichier image/jpeg, 368k
Titre Figure 7 : Partie supérieure d’un pylône de station de base de téléphonie mobile
URL http://tem.revues.org/docannexe/image/1447/img-7.jpg
Fichier image/jpeg, 376k
Titre Figure 8 : Simulations du tracé de diagrammes de rayonnement de dipôles symétriques
URL http://tem.revues.org/docannexe/image/1447/img-8.jpg
Fichier image/jpeg, 168k
URL http://tem.revues.org/docannexe/image/1447/img-9.jpg
Fichier image/jpeg, 143k
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Pour citer cet article

Référence électronique

Bernard Démoulin, « Quelques aspects de la propagation des ondes radioélectriques », Territoire en mouvement Revue de géographie et aménagement [En ligne], 12 | 2012, mis en ligne le 01 janvier 2014, consulté le 25 octobre 2014. URL : http://tem.revues.org/1447

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Auteur

Bernard Démoulin

Professeur émérite
Université Lille 1
Groupe TELICE, IEMN, UMR 8520
Institut d’Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
Avenue Paul Langevin
59655 Villeneuve d’Ascq Cedex
bernard.demoulin@univ-lille1.fr

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