Propagation ionosphérique

Aperçu de la transmittance (ou opacité) de l'atmosphère terrestre à différentes longueurs d'onde du spectre électromagnétique. Le domaine des ondes radio est situé à droite.

En raison de l'absorption des ondes radio par l'atmosphère, qui est proportionnelle à la distance et à la hauteur de la fréquence, ainsi que de la difficulté à générer et détecter de hautes fréquences, la propagation ionosphérique a initialement échappé aux services commerciaux. En effet, les premiers services de longues distances utilisaient la propagation de surface à de très basses fréquences[1]. On attribue donc aux radioamateurs la découverte de la propagation ionosphérique au début des années 1920[2].

Une opératrice radio manœuvrant une station de radioamateur.

À l'époque, beaucoup plus de spectres d’ondes courtes sont disponibles pour la communication à grande distance que dans les bandes d'ondes longues. De plus, les transmetteurs, les receveurs et les antennes à ondes courtes sont en général moins onéreux que ceux nécessaires pour les ondes plus longues. Pour ces raisons, les communications à ondes courtes (sans fil) se sont beaucoup développées à partir des années 1920 [3].

En décembre 1921, des radioamateurs ont réussi les premiers tests[4] dans la bande moyenne de 200 m (1 500 kHz), la plus courte longueur d'onde alors disponible pour les amateurs. En 1922, des centaines d'amateurs d'Amérique du Nord sont entendus en Europe et au moins 30 Nord-Américains entendent des signaux de l'Europe. La première communication à double sens entre des amateurs nord-américains et hawaïens se produit la même année.

L'échelle allouée aux amateurs (limite supérieure de 150-200 m) comporte plusieurs zones d'interférences et amènent ces derniers à changer pour des ondes de plus en plus courtes[5]. À l'époque, la législation n'autorise pas l'utilisation d'ondes plus courtes. Cependant, les autorités tolèrent leur usage car les intérêts militaires ou commerciaux n'étaient pas alors perçus.

Tous se devaient de rester au-dessus de 150 m (2 MHz) excepté quelques personnes ayant obtenu une permission spéciale afin de descendre plus bas.

Guglielmo Marconi

Les premiers contacts à 100 m (3 MHz) se produisent en 1923. En juin et juillet, Guglielmo Marconi effectue, la nuit, des transmissions sur la bande de 97 mètres entre son yacht Ellette, situé à Cap-Vert, et la station sans fil Poldhu, à Cornouailles. En novembre, Léon Deloy effectue le premier contact transatlantique avec Fred H. Schnell[6].

En 1924, de nombreux amateurs créent quotidiennement des contacts transatlantiques sur une distance de plus de 9 600 km. En juillet 1924, Marconi signe un contrat avec le General Post Office afin d’installer des circuits de télégraphie à grande vitesse à ondes courtes et sans fil depuis Londres jusqu’à l’Australie, l’Inde, l’Afrique du Sud, et le Canada, établissant ainsi une bonne partie de ce qui deviendra la compagnie Imperial Wireless Chain.

Le 21 septembre, plusieurs amateurs de la Californie effectuent des liaisons à deux sens avec des amateurs de la Nouvelle-Zélande. Le 10 octobre, à la suite de la troisième National Radio Conference, trois bandes courtes sont ouvertes pour les amateurs des États-Unis[7] : 80 m (3,75 MHz), 40 m (7 MHz) et 20 m (14 MHz). Le 19 octobre, une communication de 90 minutes est établie entre la Nouvelle-Zélande et l'Angleterre, sur une distance équivalente à presque la moitié de la circonférence terrestre.

Les bandes s'étendent au monde entier. La bande des 10 mètres (28 MHz) est ouverte le 25 novembre 1927 à la suite de la Washington International Radiotelegraph Conference[8].

Les services commerciaux sans-fil à ondes courtes entrent en opérations le 25 octobre 1926 entre le Royaume-Uni et le Canada, puis en 1927 pour l’Australie, l’Afrique du Sud et l’Inde.

En 1927, les compagnies de câble commencent à perdre d’importantes sommes d’argent. Une crise financière menace leur viabilité. Ces dernières étant essentielles aux intérêts stratégiques britanniques[9], le gouvernement britannique convoque la Imperial Wireless and Cable Conference en 1928[10]. Le but est d’analyser la situation, soit la compétition entre les compagnies avec câble et celles sans fil[10]. Lors de cette conférence, il est convenu que toutes les ressources pour les communications outre-mer, avec ou sans fil, doivent être réunies en un seul système. Ce système sera contrôlé par la nouvelle compagnie Imperial and International Communications Ltd, qui sera créée en 1929[11]. En 1928, plus de la moitié des communications longues distances passent par des câbles transocéaniques.

Le 1^er mai 1952, la bande des 15 mètres (21 MHz) est ouverte aux amateurs des États-Unis

Radar trans-horizon déplaçable de la US Navy composé d'une série d'antennes dipôles

La plus grande partie des communications radio longue distance sont le résultat de la propagation ionosphérique. Entre 1 et 30 MHz, la réflexion des ondes sur les couches de l'ionosphère permet de s'affranchir du problème de l'horizon optique et d'obtenir en un seul bond une portée de plusieurs milliers de kilomètres.

La propagation ionosphérique est ainsi très utile pour la radiocommunication de catastrophe. Dans ce cas, on demande l'aide de radioamateurs afin de pouvoir utiliser leurs bandes de fréquences. Ces bandes sont bien adaptées pour les communications rapides lors d'un appel d'urgence[15]. L'Union internationale des radioamateurs (IARU) recommande d'utiliser des bandes précises dépendamment de la situation, de la catastrophe[16].

La propagation ionosphérique est aussi utilisée dans les radars trans-horizon. Ces appareils servent à détecter des éléments à très longues distances (souvent quelques milliers de kilomètres).