Poste de radio à galène

Je suis ravis de voir aboutir un projet qui me tenait à cœur : construire un récepteur radio de manière complètement artisanale, sans aucun composant électronique, juste des bouts de bois, des plaques de métal, un peu de quincaillerie, du fil de cuivre, du papier sulfurisé, une aiguille à coudre et un cristal de galène. Ce récepteur fonctionne sans aucune source d'alimentation électrique. L'énergie restituée par l'écouteur provient exclusivement de l'antenne !

L'auteur du blog ravis d'avoir terminé son poste à galène.

Permettez-moi de vous donner une petite explication de son fonctionnement. Laissez-vous guidez et vous découvrirez un univers fascinant, tout aussi beau et émouvant que les fleurs que je photographie d'habitude. 

Nous sommes constitué de matière et notre environnement est aussi constitué de matière, qu'elle soit à l'état solide, liquide ou gazeux. Mais les ondes radio n'ont pas besoin de matière pour se propager, bien au contraire. On dit parfois qu'elles se propagent dans le vide. En fait, elles se propagent dans l'espace, car le vide n'est pas vide, il est rempli d’espace ! Cet espace, on peut se le représenter sous la forme d'une gelée immatérielle. Une gelée qui n'est pas faite de matière et qui peut vibrer. Cette gelée est parcourue par des vagues qu'on appelle les ondes électromagnétiques. L'émetteur de France Info situé près du village de Couternon, en Côte d'Or, produit de telles vagues qui s'éloignent de son antenne en parcourant près de un million de kilomètres en trois secondes. Ces vagues ont une longueur (i.e. la distance entre deux "ventres" ou entre deux "creux" successifs) d'environ 214 mètres. Elles transportent une énergie qui se "dilue" dans l'espace au fur et à mesure de leur progression, à l'image des vagues produites par une pierre lancée au milieu d'une mare. 

J'ai tendu dans mon jardin un fil de cuivre d'une quinzaine de mètres de long qui fait office d'antenne. Lorsque les vagues de France Info font vibrer l'espace à proximité, une partie de l'énergie qu'elles transportent est absorbée par l'antenne et est transformée en un très faible courant électrique qui vibre au rythme de l'émission radio, soit environ 1 400 000 cycles par secondes.  Mais bien sûr, il l'antenne capte également d'autres émissions. Elles absorbe d'autres "vagues" provenant de divers émetteurs. Pour isoler les émissions qui nous intéressent, le récepteur utilise un circuit constitué d'une  bobine et d'un condensateur. 

La bobine d'accord. Un simple fil de cuivre enroulé sur un support en bakélite. On peut aussi utiliser du carton, du bois...

Le condensateur d'accord, constitué d'une plaque aluminium et de plaques de cuivre séparées par du papier sulfurisé (celui utilisé pour la cuisson des tartes). En tournant les écrous, on rapproche les plaques, ce qui augmente la capacité et permet de modifier la fréquence reçue.

Ce circuit d'accord est réglé, grâce aux écrous à oreilles (ça ne s'invente pas), de manière à entrer en resonnance sur la fréquence de France Info (dans notre exemple). Mais en l'état, le signal reçu est inexploitable car sa fréquence est bien trop élevée pour être audible. L'extraction des basses fréquences contenues dans ce signal, par exemple la voix du présentateur du flash d'information diffusé par la station de radio, nécessite un dispositif supplémentaire appelé détecteur. Ce détecteur laisse passer plus facilement le courant électrique dans un sens que dans l'autre, ce qui a pour effet de briser la symétrie du signal récupéré par l'antenne et sélectionné par le circuit d'accord. Pour des raisons que je n'expliquerai pas ici, le fait de briser cette symétrie en ne laissant passer que la partie positive du signal permet de rendre audible le contenu de l’émission radiophonique. Le détecteur utilisé ici est constitué d'une aiguille à coudre dont la pointe entre en contact avec un cristal de galène, aussi appelé sulfure de plomb. J'ai acheté ce cristal sur un site d'enchères très connu, pour moins de trois Euros, frais de port compris. Il provient d'un gisement naturel.

Le détecteur à Galène.

L'ensemble fonctionne très bien comme en témoigne cet extrait directement enregistré en sortie du récepteur.

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Étonnant non ?

Voici quelques éléments d'explication du principe de démodulation à l'attention d'étudiants de 1ère qui m'en ont fait la demande.

Je vous propose l’expérience de pensée suivante. Imaginez une luciole (un insecte lumineux) qui part d’un point situé à une altitude de référence que nous appellerons le point 0. Cette luciole monte extrêmement rapidement à 1 mètre au-dessus du point de référence, puis redescend jusqu’à un mètre en dessous, puis remonte, 1 mètre au-dessus à raison de 1 million de cycles par seconde.

Maintenant imaginez un autre insecte, situé initialement au point 0, et qui essaie de suivre la luciole dans ses déplacements. Mais cet insecte est 1000 fois plus lent que la luciole et pendant le temps mis par la luciole pour monter de 1 mètre, l’insecte lent ne monte que de 1 millimètre, altitude qu’il perd ensuite en suivant la luciole dans sa descente sous le point 0. Cet insecte lent, finalement, restera quasiment au point 0.

Dans un récepteur sans diode (ou sans galène), la luciole représente le signal produit par l’antenne et le circuit d’accord et l’insecte lent représente la membrane de l’écouteur qui reste immobile.

Maintenant imaginez qu’on réussisse à empêcher la luciole de descendre sous le point 0. Tant qu’elle sera, dans ses allers et retours, au-dessus de l’insecte lent, celui-ci montera, très lentement, mais il montera. Quand la luciole sera en dessous de l’insecte lent, celui-ci descendra avec la même lenteur. Après quelques milliers d’aller et retour de la luciole, l’insecte se retrouvera environ 50 cm au-dessus du point 0 et restera à cette altitude.

Supposons maintenant que la luciole continue à faire 1 million d’allers et retours par seconde entre le point 0 et une altitude maximum qui varie elle-même entre 50cm et un mètre, mais beaucoup plus lentement, de l’ordre de 500 fois par seconde. Comment l’insecte lent va-t-il évoluer ? En fait son altitude va varier, non pas au rythme des variations d’altitude le la luciole, mais à celui des variations beaucoup plus lentes de l’altitude maximum de la luciole.

Dans un récepteur à galène, c’est la diode qui empêche la luciole sous le point 0 et permet à la membrane de l’écouteur de vibrer au rythme du signal audible qui module la valeur maximum de la porteuse.

Maintenant revenons à notre luciole et à son insecte suiveur. Le fait que la luciole redescende au point 0 après avoir atteint sa hauteur maximum empêche l’insecte lent de monter jusqu’à cette altitude maximum. Si on pouvait ralentir la descente de la luciole sans réduire sa vitesse de montée, alors notre insecte lent réussirait à suivre l’évolution de l’altitude maximum de la luciole.

Dans le récepteur à galène, c’est ce qui se passe lorsqu’on met un condensateur après la diode. Le condensateur joue en quelque sorte le rôle d’un parachute pour luciole.

Il est d’ailleurs tout à fait possible de simuler par ordinateur mon petit scénario avec la luciole (porteuse), l’insecte lent (la membrane de l’écouteur), et de visualiser que l’insecte lent suit l’altitude maximum de la luciole, c’est-à-dire ce qu’on appelle l’enveloppe du signal produit par l’antenne et son circuit d’accord.

Ceci étant dit, il faut que vous soyez conscients que mon petit scénario est très simplificateur car en réalité la variation de la porteuse est sinusoïdale, la vitesse de l’insecte lent n’est pas constante, et le comportement du condensateur n'est pas linéaire. Pour expliquer de manière scientifique le fonctionnement de la démodulation d’amplitude par diode, il faut monter que le spectre d’une porteuse sinusoïdale modulée en amplitude par un signal sinusoïdal basse fréquence (audible par l’oreille humaine) est constitué de trois bandes qui sont toutes inaudibles par l’oreille humaine. En revanche, si on coupe la partie négative du signal modulé, on retrouve dans le spectre du signal obtenu la fréquence audible de départ.