Dossier du Vendredi #1
Laeken, le 28 mars 1914 à 17h00 : "Un deux, trois, quatre,... dix. Allô, allô ! Ici poste radiotélégraphique et radiotéléphonique de Laeken, près de Bruxelles. Messieurs les amateurs de télégraphie sans fil, nous allons vous faire entendre un concert dédié à sa Majesté la Reine Elisabeth".
Ces quelques phrases, précédant un concert d'une heure, marquent le début du premier programme radiophonique européen, autrement dit, de la première émission de radio européenne. À partir de cette date, tous les samedis de 17h00 à 18h00 et de 20h30 à 22h00, sera retransmis un concert. Pour nous qui sommes habitués à capter plusieurs émissions dans nos voitures chaque matin, cet événement semble assez anodin, mais dans le monde, à cette époque, c'est une petite révolution qui vaut à la Belgique un court article dans le « Sunday Star » de Washington D. C. du lendemain [1]. Cette émission perdurera jusqu'au 19 août 1914, date à laquelle la station radio fut dynamitée pour empêcher sa capture par l'armée allemande.
Photo de la coupure du journal « Sunday Star » de Washington D. C. La traduction est la suivante : « Entendre un ténor au travers du sans fil. Paris, le 28 Mars – Une communication par un téléphone sans fil entre Laeken, un faubourg de Bruxelles, et la Tout Eiffel a été établie cette nuit et la voix d'un ténor chantant à Laeken a pu être entendue. Cela a été rendu possible grâce à un nouveau et puissant microphone inventé par un ingénieur italien. ». Source [1]
L’onde, le moteur de la radio
L'objectif de la radio est assez simple : transmettre de l'information (du son par exemple) sur une grande distance. Même si transmettre de l'information est assez naturel pour les êtres vivants (lorsque les humains parlent, par exemple), le faire sur de très longues distances est beaucoup plus compliqué. En effet, tu auras beau t'époumoner, il est peu probable que tu arrives à transmettre un message à un ami à Paris (ou même dans la ville à côté) en criant. Il existe bien les signaux de fumée ou d'ingénieux systèmes de lentilles permettant de réfléchir la lumière du soleil, mais toutes ces méthodes sont tributaires de la météo et nécessitent un long apprentissage pour être maîtrisées. Elles ne sont donc pas utilisables tout le temps et par tout le monde. C'est là que la transmission par ondes radios intervient.
La première étape pour comprendre la radio est de bien saisir ce qu'est une onde. Les ondes, tu en croises partout, tout le temps. Tu en utilises en permanence, de deux types au moins : le son et la lumière. Ces deux types d'ondes font chacune partie d'une famille différente, mais nous y reviendrons plus tard. Ce qu'il faut savoir, c'est qu'une onde est une vibration, dans l'espace et le temps, qui s'effectue sans transport de matière. Par exemple, lorsqu'une goutte tombe dans l'eau, elle provoque une ondulation à la surface de l'eau. Cette ondulation est une onde, elle se propage sur toute la surface du liquide, surface qui se déplace au cours du temps. Une onde est caractérisée par plusieurs grandeurs. Nous allons, ici, nous attarder sur les deux qui nous intéressent : l'amplitude et la fréquence. L'amplitude est la taille de l'onde, qui est liée, sans pour autant être égale, à l'intensité du son ou de la lumière. La fréquence, quant à elle, c'est le nombre d'oscillations que l'onde effectue par seconde. C'est ce qui détermine si une note est aiguë ou grave et la couleur de la lumière.
Venons-en maintenant à la différence fondamentale entre la lumière et le son. Le son fait partie des ondes dites « matérielles », c'est-à-dire des ondes qui ont besoin d'un milieu non-vide pour se propager. Lorsque tu parles, tu compresses l'air afin de former des sons. Ces compressions atteignent l'oreille de ton interlocuteur, font vibrer son tympan et le cerveau s'occupe de traduire ces vibrations en paroles. C'est donc l'air qui fait office de milieu ici. La lumière est différente, elle n'a pas besoin de milieu pour se propager, c'est une onde dite « électromagnétique ». Le fait qu'elle puisse se déplacer dans le vide est d'ailleurs assez pratique, car c'est grâce à cela que la lumière du soleil peut nous parvenir au travers de l'espace.
Et les ondes radio dans tous ça ? Et bien, ce sont des ondes électromagnétiques, comme la lumière, elles ont juste une fréquence beaucoup plus petite. Ces deux types d'ondes font partie de ce qu'on appelle le spectre électromagnétique [2].
Représentation du spectre électromagnétique. La première, deuxième et troisième lignes donnent des informations sur la taille de l'onde : une représentation schématique, une taille caractéristique et un exemple de quelque chose aillant cette taille caractéristique. La dernière ligne concerne la fréquence et la gamme visible y est mise en évidence. On peut voir que les couleurs dépendent de la fréquence et que seul une petite partie du spectre électromagnétique est visible. Source [2]
Mais la radio, comment ça fonctionne ?
Maintenant que tu sais que la radio utilise des ondes électromagnétiques pour transmettre des informations, il reste encore à savoir comment on s'y prend. La technique utilisée s'appelle la modulation. Lorsque l'on module, on change quelque chose, on l'adapte. Ici, ce qui est modulé c'est une onde dite porteuse. Cette onde porteuse va uniquement servir de moyen de transport à l'information, elle ne contiendra donc aucune information en elle-même. Imagine un facteur portant ses lettres. Le facteur ne connaît pas le contenu des lettres, il n'a donc aucune information. Il est cependant indispensable pour porter les lettres (l'information) à bon port. L'onde porteuse joue le rôle de ce facteur. Et les lettres alors ? C'est la modulation. La manière dont l'onde porteuse est modifiée va contenir toute l'information que tu veux transmettre.
De manière à fixer les idées, prenons la première méthode de modulation : la modulation en amplitude, abrégée AM (pour Amplitude Modulation en anglais). Cette technique, comme son nom l'indique, module, change l'amplitude de l'onde porteuse au cours du temps afin de transmettre un signal. Admettons que tu veuilles transmettre la note Mi par une onde radio. La note Mi étant elle-même une onde tu pourrais, pour ce faire, moduler l'amplitude grâce à une onde de la même fréquence de celle du Mi. Le récepteur qui recevra l'onde modulée n'aura qu'à extraire la fréquence de la modulation pour savoir qu'il doit jouer un Mi à la radio. Ce processus étant rapide, tu peux enchainer les signaux de fréquences différentes au cours du temps afin de reproduire de la musique ou bien des conversations. C'est le principe de la radio. Il existe également d'autre type de modulation dont la modulation en fréquence, abrégée FM (pour Frequency Modulation en anglais), qui module non plus l'amplitude de l'onde porteuse, mais sa fréquence. Des représentations schématiques de la modulation AM et FM te sont données dans l'image en dessous [3]. Le signal noir représente l'information que tu veux faire passer (la note Mi). En rouge, le résultat après que le signal noir ait modulé l'amplitude de l'onde porteuse. Tu peux remarquer que l'amplitude varie avec le signal à transmettre. Enfin, en bleu, le résultat de la modulation de la fréquence de l'onde porteuse par le signal noir. Tu vois ici que c’est le nombre d'oscillations par seconde qui varie avec le signal à transmettre.
Quelle est l'utilité de moduler un signal pour le transmettre ? Il est en effet théoriquement tout à fait possible de transmettre directement le signal contenant l'information. Le souci est que le signal d'information est un signal de basse fréquence. Cela a pour conséquence que, pour le transmettre sur de longues distances, une grande amplification (et donc une grande dépense d'énergie) est nécessaire. De plus, au plus la fréquence diminue, au plus l'extension spatiale du signal augmente et donc au plus la taille des antennes nécessaires à sa réception augmente. L'utilité d'utiliser la modulation est donc double : c'est plus économique et cela évite d'avoir recours à des antennes de plusieurs dizaines de centimètre.
Représentation schématique du résultat d'une modulation AM (modulation en amplitude, en rouge) et FM (modulation en fréquence, en bleu) d'une onde porteuse par le signal noir. Lors de la modulation AM, l'amplitude varie proportionnellement au signal noir, tandis que lors de la modulation FM, c'est la fréquence. Source [3]
Et le DAB+ dans tout ça ?
Le DAB+ (pour Digital Audio Broadcasting en anglais) est une technologie de radiodiffusion numérique. C’est la dernière technologie largement répandue sur nos radios. Plutôt que d’utiliser un signal analogique (continue, comme le signal noir du schéma ci-dessus), cette technologie utilise un signal numérique, c’est à dire une succession de 1 et de 0. Pour utiliser cette technologie, il faut donc d’abord transformer l’information en suite de 1 et de 0 (comme sur les ordinateurs) puis moduler l’onde porteuse par cette suite. Une fois l’onde transmise, le récepteur doit retransformer la suite en signal sonore afin de pouvoir l’écouter. C’est pour cela que les anciens postes radios ne peuvent pas capter le DAB+.
Activité : mise en évidence du transport du son par une onde matérielle.
Même s'il est peut-être un peu compliqué de te demander de créer ton propre poste radio sans matériel, il est toutefois possible de montrer que le son se transmet bien par une onde matérielle. Pour ce faire, tout ce dont tu as besoin, c’est de deux gobelets et d'une corde. Perce le fond de chacun des gobelets et insère dans chacun des trous que tu viens de faire l’une des extrémités de la corde. Fais ensuite un nœud de chaque côté pour tenir le tout. Une fois que c'est fait, tout ce que tu as à faire, c'est de donner l'un des gobelets à quelqu'un d'autre et de lui demander d'aller dans une autre pièce. Une fois, que ton interlocuteur est dans l'autre pièce et que la corde est bien tendue, tu peux parler dans le gobelet et tu verras que ton interlocuteur recevra ton message et ce, même si personne ne t'entend dans la pièce.
Le secret ici, c'est que le son se transmet en faisant vibrer la corde tendue directement entre les deux gobelets. Les gobelets, quant à eux, empêchent le son de se propager dans l'air et on ne t'entend donc presque pas autour de toi.
Pour aller plus loin et sources :
http://www.radiopassion.be/Premiere_emission_%20Belge.htm
https://www.taitradioacademy.com/topic/how-does-modulation-work-1-1/
https://en.wikipedia.org/wiki/AM_broadcasting
https://fr.wikipedia.org/wiki/Digital_Audio_Broadcasting
