Grâce à la propagation ionosphérique des ondes radio, les radioamateurs peuvent compter sur la propagation des signaux radio HF dans l'ionosphère pour communiquer avec d'autres radioamateurs bien au-delà de l'horizon.
Les couches ionisées de l'ionosphère permettent aux ondes radio HF de se propager bien au-delà des distances en ligne de mire. Ces couches peuvent être considérées comme nos « bottes de sept lieues » qui, par bonds et rebonds, donnent à nos signaux HF radioamateurs la capacité de parcourir de grandes distances !
Nous expliquerons dans un instant pourquoi la couche ionisée « F » est la plus utile pour le DX. Le meilleur dans tout cela, c’est que les cycles de taches solaires améliorent la propagation RF car ils revitalisent notre ionosphère. La bonne nouvelle, c’est que le 25ᵉ cycle solaire a commencé ! Les opérateurs radio du monde entier attendent avec impatience l’augmentation de l’activité.
Ce graphique du cycle solaire de 11 ans illustre les hauts et les bas de la propagation ionosphérique des ondes radio.
Propagation ionosphérique des ondes radio en action
Le dessin simplifié ci-dessus montre comment l'onde radio "C" est réfractée par la couche ionisée "F", renvoyée vers la surface de la Terre, rebondissant à une grande distance de son origine, puis remontant depuis la couche "F" sous la forme "C1". La couche est de nouveau traversée et le signal est réfléchi par la Terre sous forme de “C2” et ainsi de suite.
Les signaux radio “A” et “B”, qui atteignent la couche ionisée “F” avec un angle trop raide, la traversent simplement et sont perdus dans l’espace.
Les signaux RF perdent progressivement de l’énergie après chaque réfraction à travers la couche "F" et après chaque rebond sur la surface de la Terre… jusqu’à ce qu’ils ne soient plus détectables. Mais à ce moment-là, ils auront parcouru des milliers de kilomètres et auront été entendus par d’innombrables opérateurs radio et auditeurs de la bande courte !
C’est cela, la magie de la propagation des signaux radio RF dans l’ionosphère.
Cycle Solaire 25
Scott W. McIntosh, directeur adjoint du Centre National de Recherche Atmosphérique à Boulder, et ses collègues concluent, dans un article de recherche récent publié le 13 octobre 2020, que le "cycle solaire 25 pourrait être l’un des cycles solaires les plus puissants jamais observés".
L'ionisation des couches supérieures de l’atmosphère terrestre se produit lorsque le rayonnement ultraviolet du soleil entre en collision avec les molécules d’hydrogène et d’hélium, peu nombreuses à cette altitude. Ces collisions détachent les électrons des molécules gazeuses.
En conséquence, des ions positifs d’hydrogène et d’hélium sont générés, et des électrons libres chargés négativement sont libérés de leur noyau. Ceux-ci se regroupent en couches ionisées au-dessus de la Terre.
Cependant, les couches ionisées ne se forment que lorsque le soleil est « actif », ce qui est le cas pendant environ 9 à 10 ans tous les onze ans environ. On parle alors couramment du cycle solaire de 11 ans.
On peut voir la progression des derniers cycles solaires dans le graphique présenté précédemment. Vous pouvez obtenir plus d’informations sur le cycle solaire de 11 ans ici.
Un diagramme illustré des couches de l’ionosphère responsables de la propagation ionosphérique des ondes radio.
Les couches ionisées et leur rôle respectif dans la propagation des ondes radio HF
Couche ionisée « D »
Pendant la journée, la couche ionisée « D » gêne principalement la propagation ionosphérique des ondes radio. C’est la couche ionisée la plus proche de la surface de la Terre. Elle se situe entre 60 km et 100 km d’altitude (37 à 62 miles). En journée, elle se forme sous l’effet du rayonnement UV intense du soleil et constitue une barrière empêchant les signaux radio dans les bandes de 40 mètres, 80 mètres et 160 mètres de parcourir de longues distances et d’être audibles à cause du bruit atmosphérique intense. En revanche, les signaux de 10 MHz et plus peuvent la traverser pour atteindre les couches ionisées supérieures et ainsi franchir l’horizon.
Couche ionisée 'E'
La couche E se situe entre 90 km et 150 km d'altitude (56 à 93 miles), mais sa partie la plus utile se trouve entre 95 km et 120 km (59 à 75 miles) d’altitude.
Pendant la journée, en théorie, cette couche pourrait réfracter les signaux de 5 à 20 MHz et les aider à se propager.
Cependant, en réalité, la couche D (située en dessous) absorbe une grande partie de l’énergie des signaux à ces fréquences. Seuls les signaux dans la plage de 7 à 14 MHz — transmis presque à la verticale — parviennent à traverser la couche D avec suffisamment d’énergie restante pour atteindre la couche E et être réfractés, permettant parfois des communications jusqu’à 1 200 km (750 miles).
Les périodes juste avant l’aube et juste après le crépuscule sont les meilleures pour utiliser la couche E.
La nuit, la couche E disparaît presque complètement, tout en restant quelque peu utile à la propagation des signaux dans la bande des 160 mètres.
La couche « Sporadic E »
Parfois, des nuages ionisés denses se forment soudainement dans la couche 'E' puis disparaissent tout aussi rapidement, après quelques minutes, rarement des heures. La propagation sporadique 'E' (Es) est utile aux fréquences supérieures à 28 MHz, dans la gamme VHF, rarement en dessous. Nous traitons de leur utilité pour étendre la portée des signaux VHF au-delà de l’horizon sur une autre page de ce site web. Les propagations 'E' et 'Es' contribuent toutes deux à l’activité sur 50 MHz.
Couche ionisée 'F1'
Pendant les heures diurnes, en été, cette couche est souvent utile à la propagation des signaux radio HF des bandes 30 mètres et 20 mètres. Son rôle dans la propagation des signaux HF est cependant plutôt négligeable.
Couche ionisée 'F2'
La couche 'F2' se forme pendant les heures diurnes entre 200 km et 400 km (125-250 miles) au-dessus de la Terre. Elle est plus élevée en altitude en été qu'en hiver.
La couche 'F2' joue un rôle majeur dans la propagation ionosphérique des ondes radio du spectre HF.
Elle est généralement présente toute l’année. La nuit, les couches 'F1' et 'F2' fusionnent en une seule couche 'F', située un peu plus bas que la couche 'F2' en journée.
La couche ionisée 'F2' est présente pendant la majeure partie d’un cycle solaire.
Cependant, elle peut parfois disparaître complètement pendant plusieurs jours consécutifs lors d’un minimum solaire profond ! La couche 'F2' atteint sa densité maximale au sommet du cycle solaire des taches solaires.
Elle réfracte alors vers la Terre les signaux radio allant de 7 MHz à 30 MHz, leur permettant d’atteindre des distances allant jusqu’à 4000 km depuis leur origine, de rebondir sur la Terre pour remonter vers la couche 'F2'… et de répéter ce processus… parfois jusqu’à faire le tour complet de la Terre et revenir derrière leur point d’origine !
Pendant les environ neuf meilleures années d’un cycle solaire, les opérateurs QRP (5 watts de puissance rayonnée ou moins), utilisant des dipôles simples, peuvent établir des contacts DX aussi loin et aussi souvent que les opérateurs QRO (utilisant jusqu’à 200 à 300 fois plus de puissance) avec une antenne directionnelle à éléments multiples !
Pendant ces périodes merveilleuses, chaque opérateur radio a une chance égale sous le soleil de réaliser des contacts DX.
La propagation ionosphérique des ondes radio est un sujet complexe
Les informations que je vous ai présentées dans cet article ne sont qu’un bref résumé de ce qui pourrait être dit sur la propagation des signaux radio HF par l’ionosphère. Nous n’avons fait qu’effleurer la surface !
D’innombrables publications scientifiques ont couvert de nombreux aspects du sujet depuis la découverte de l’existence de l’ionosphère et, plus tard, de son rôle dans la propagation des signaux radio HF.
La recherche continue, impliquant à la fois des scientifiques et des radioamateurs.
Pour en savoir plus sur le comportement de notre soleil, visitez l’Observatoire solaire et héliosphérique (SOHO).