Comprendre et analyser

les conditions de propagation des ondes

Comprendre et analyser les conditions de propagation des ondes

Les bases

Le sujet étant vaste et demandant l'équivalent d'une belle encyclopédie pour faire le tour du sujet, je vais me contenter de vous expliquer le pourquoi et le comment dans les grandes lignes. L'objet de cette page étant surtout de vous permettre de savoir comment interpréter les indices de propagations.

 

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Éruptions ou tâches  solaires

 

Le Soleil

Le soleil joue un rôle majeur dans la propagation des ondes radioélectriques, et ceci principalement par l'influence qu'il exerce sur l' ionosphère , une couche de gaz ionisés qui se situe au-dessus de l'atmosphère, entre 60 et 1000 km d'altitude.

Le rayonnement solaire est constitué de plusieurs composantes

- Une composante d'origine électromagnétique
- Une composante d'origine corpusculaire
- Une composante d'origine radioélectrique

 

L'ionosphère

L'ionosphère celon les cas, peut, soit réfléchir les ondes radio terrestres, soit les réfracter, soit les laisser s'échapper vers l'espace, soit les absorber.

On distingue deux types de trafic DX en fonction de la propagation

- Troposphérique : les ondes se propagent à l'intérieur de la couche inférieure de l'atmosphère appelée troposphère. Les différences de températures en fonction de l'altitude incurvent vers le bas le trajet des ondes qui suivent alors la courbure terrestre et peuvent être reçues beaucoup plus loin. Les signaux sont généralement instables et affectés d'un fort QSB (variations de l'amplitude du signal). Il arrive que la modulation soit déformée et chevrotante. Ce type de propagation concerne essentiellement les bandes VHF et UHF.

- E-sporadique : la couche E est située à une centaine de kilomètres d'altitude. Elle fait partie de l'ionosphère et réfléchit les ondes courtes, permettant de réaliser sur décamétriques des contacts à plusieurs milliers de kilomètres. En temps normal la fréquence maximum utilisable (FMU) pour trafiquer par réflexion sur la couche E est de l'ordre de 30 ou 40 MHz, quand le cycle solaire est favorable. Elle est donc inutilisable en VHF et au delà. Par contre il arrive qu'en certaines saisons des "nuages" ionisés se forment au niveau de la couche E qui réfléchissent les ondes de fréquence très élevées. Quand les fréquences dépassant 144 MHz peuvent être réfléchies il est alors possible de réaliser des contacts à plus de 2000 km avec une puissance de quelques watts et une antenne toute simple (voire un quart d'onde en mobile). La période la plus favorable à ce type de trafic se situe entre mai et juin, les matin et en fin d'après-midi.

 

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Propagation des ondes

 

Important
Les radioamateurs savent qu'en fonction de l'heure à laquelle il désirent trafiquer, il est préférable de bien choisir la bande de fréquences qui va être utilisée. Sur 20 m (14 à 14,350 MHz) par exemple, les contacts sont plus faciles à établir le jour que la nuit.

L'ensoleillement n'étant pas constant, les périodes de propagation diurnes et nocturnes ne sont pas constantes non plus et varient donc suivant les saisons. Les radioamateurs s'adaptent d'ailleurs à ces variations de propagation et utilisent en général les fréquences plus élevées durant la période printemps-été et les fréquences plus basses dans la période automne-hiver. On parle de propagation d'été et de propagation d'hiver. Cependant, attention, dans la pratique cependant, la propagation des ondes est loin d'être régulière et prévisible.

Lors des périodes de forte activité solaire, nous constatons, suivant les fréquences utilisées, soit une propagation des ondes radio anormalement bonne, soit tout le contraire avec l'impossibilité de pouvoir communiquer sur une gamme de fréquences particulière. Une activité solaire importante est en principe toujours intéressante pour les radioamateurs qui peuvent avoir la chance de faire des contacts à très grande distance plus facilement que d'habitude.

En règle générale, en période de forte activité solaire, la fréquence maximale utilisable (FMU ou MUF in english) augmente et autorise des liaisons à grande distance sur les bandes hautes (24 MHz, 28 MHz et 50 MHz, ...) alors qu’en période de faible activité, seules les bandes basses (1,8 MHz, 3,6 MHz et 7 MHz) sont opérationnelles.

Si l'on désire réaliser des contacts longues distances, il nous faut connaître l’état de la propagation. Cette connaissance relève d'études scientifiques sur le flux solaire et l’activité géomagnétique autour de la terre dont les résultats sont édités sous forme d'indices.

C'est en 1749 que l'observatoire de Zurich (Suisse) met en place un registre des tâches solaires. A cette époque H. Wolff était directeur de l'observatoire et c'est pour cette raison que le nombre de taches solaires s'appela "nombre de Wolff" plus connu ajourd'hui sous le nom de "sunspots" (in english encore).

 

Ces tâches solaires sont dues à des particules élémentaires d'une durée de vie très courte.
Le phénomène d'apparition des tâches serait du à des mouvements tourbillonnaires créants à la surface du soleil des dépressions entraînant des variations de températures. Une autre théorie met en jeu des champs magnétiques...

 

La Terre

La terre elle même peut être assimilée à un gigantesque aimant et le champ magnétique terrestre à un dipôle magnétique localisé au centre de la terre. L'activité géomagnétique de la Terre affecte les conditions de la propagation radio. C'est une conséquence de l'activité solaire.
Il y a 2 indices pour quantifier l'activité géomagnétique: l'indice A et l'indice Kp. Ces indices sont issus de nombreux observatoires répartis sur le globe qui mesurent les perturbations du champ magnétique.
La mauvaise nouvelle, c'est que la corrélation entre l'affaiblissement de l'activité solaire et la diminution du champ magnétique de la Terre est avérée. L’affaiblissement du champ magnétique terrestre est 10 fois plus rapide que ce qui avait été suggéré initialement ! Selon l’Institut national des sciences de l’univers, l’ intensité du champ magnétique terrestre actuel diminue en moyenne de 5% par siècle, et cette diminution s’est accélérée brusquement depuis 1840.

Quel peut être l'impact sur la propagation radio sur le long terme ?

Selon les mesures effectuées en 2014, les résultats confirment la tendance à l’affaiblissement de notre magnétosphère or la propagation des ondes radio (appelée également propagation ionosphérique) de fréquences comprises entre quelques centaines de kilohertz et quelques dizaines de mégahertz est intimement liée à l'état de l'ionosphère.

Les taches solaires dépendent directement de l'état d'activité du soleil. Leur nombre augmente puis diminue suivant un cycle de 11,2 ans en moyenne. Cela sorrespond exactement à la moitié du cycle de 22 ans où le soleil voit ses pôles magnétiques Nord et Sud s'inverser. On a constaté que les taches solaires émettent des champs magnétiques très intenses qui peuvent influencer sensiblement le champ géomagnétique terrestre.

 

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Variation des cycles  solaires

 

Ceci étant dit, la question est la suivante

Comment déchiffrer et comprendre ces indices pour utiliser la bonne fréquence au bon moment ?

- L’indice SFI ou "Solar Flux Index" (indice du flux solaire) témoigne de l’activité du soleil vers la terre, ionisant par la même occasion les couches atmosphériques, donc agissant sur la qualité de la propagation.

 

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Indice  SFI

 

- Inférieur à 100 : moyenne
- de 100 à 150 : bonne
- Supérieur à 150 : meilleure

 

- L’indice SN ou SSN ou encore "SunSpot Number" (nombre de tâches ou groupes de tâches solaires) comptabilise les tâches visibles à la surface du soleil. L’activité très dense autour des tâches solaires a pour effet d'ioniser les couches de l’ionosphère, ce qui permet une meilleure réflexion des fréquences élevées. Cet indice varie de 0 à 300.

- Inférieur à 100 : ce sont plutôt les bandes basses 3,6 MHz et 7 MHz qui seront opérationnelles.
- de 100 à 150 : on s’accorde à penser que les conditions de propagation HF sont bonnes.
- Supérieur à 150 : les bandes supérieures 24 MHz, 28 MHz et 50 MHz et au delà permettront des liaisons à grandes distances.

 

Les indices K et A servent à qualifier l’activité géomagnétique de la terre. Un indice élevé indiquera une activité géomagnétique intense. Une activité élevée entraine de très mauvaises conditions radio HF pouvant aller jusqu'au Silence radio (Black out) provoqué par l’atténuation des ondes radioélectriques dans la couche ionosphèrique. Il permet également dévaluer la qualité de propagation mais aussi le bruit de bande face auquel nous allons faire face.

- L’indice K relevé toutes les 3 heures représente l'activité géomagnétique à court terme. Il peut varier de 0 à 9 et se comprend comme suit :

- de 0 à 3 : Conditions meilleures, le champ magnétique est stable, le bruit de bande est faible, bonne propagation.
- de 3 à 5 :Conditions moyennes, activité magnétique faible, la bande HF est affectée par du bruit de bande, la propagation est légèrement dégradée.
- de 5 à 9 : Conditions mauvaises, forte activité magnétique ou orage magnétique, bruit de bande important, mauvaise propagation.

 

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Indice K

 

- L’indice A représente l'activité géomagnétique à moyen terme sur une période de 24h. Il peut varier de 0 à 40 et se comprend comme suit :

- de 0 à 10 Conditions excellentes de propagation et bruit de bande faible.
- de 10 à 20 Conditions moyennes de propagation avec bruit de bande.
- de 20 à 40 Conditions médiocres de propagation et bruit de bande impôrtant.

 

 A quoi ressemblent de bonnes conditions de propagation ?

Les meilleures conditions pour le DX HF sont obtenues dès que l’indice de flux solaire est supérieur à 150 pendant deux ou trois jours au moins, avec un indice SN supérieur à 150. L'indice K devra être inférieur à 3 et l'indice A inférieur à 10.

 

J'espère qu'il vous sera désormais plus facile de décoder ces fameux indices concernant les conditions de propagation, si importantes pour nous radioamateurs.

Allez, au boulot maintenant ...

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