Les précurseurs de la radio:
En Grèce antique, de nombreux moyens de communication ont été imaginés pour informer au plus vite les dirigeants et les citoyens des menaces ou des résultats des guerres que menaient leurs armées. A Troie, la coutume voulait que les navires partent à la bataille avec des voiles noires et les enlevaient en cas de victoire.
Un autre moyen très répandu chez les Grecs anciens était celui des signaux de feux. Pour annoncer la bonne nouvelle, les messagers allumaient des feux qui, dans l’obscurité, étaient repérés à des kilomètres à la ronde. Ces feux étaient, petit à petit, relayés par d’autres postes jusqu’au destinataire final qui en allumait un dernier pour annoncer qu’il avait bien reçu le message.
Des signaux de feux étaient également utilisés à l’époque romaine. En effet, des «tours à feux» permettaient aux marins de se repérer à l’approche des côtes. Ces tours étaient alors un moyen de guider les marins. Les Romains créèrent ainsi un réseau de postes télégraphiques reliant 3000 villes d’Europe et d’Asie.
http://www.archeo-alpi-maritimi.com/tours_a_signaux.php
Les Gaulois possédaient leur télégraphe «oral». Quand il arrivait chez eux quelque événement d’importance, les premiers qui l’apprenaient le proclamaient à grands cris dans la campagne. Ceux qui entendaient ces cris les transmettaient à d’autres, et ainsi de suite, de village en village.
En Amérique et en Chine, les signaux de fumée observés et relayés de point à point formaient aussi un moyen de communication simple.
A partir du 19ème siècle, avec les découvertes et l’évolution des techniques, des moyens de communication nouveaux vont apparaître et conduire à la naissance de la radio.
Le télégraphe optique
En 1794, Claude Chappe et ses frères inventent le télégraphe optique ou sémaphore.
Le principe est de transmettre des messages au moyen de signaux optiques par une suite de tours construites sur des points hauts, espacées d’une dizaine de kilomètres, en vue directe les unes des autres.
Chaque tour est composée au sommet de deux bras, qui permettent d’écrire des symboles, constituant des messages. L’idée est d’associer un signal, non pas à chaque lettre du message, mais à un mot ou à une expression du langage des militaires ou de celui des diplomates, principaux utilisateurs du système.
Les figures géométriques formées par les bras indiquent un nombre de 1 à 92 qui renvoie à un dictionnaire de mots ou de phrases toutes préparées. Un premier nombre émis désigne la page, le second la ligne à retenir sur cette page. Ces signaux sont observés à la station suivante au moyen de longues-vues (grossissant de 30 à 65 fois) et reconstitués en direction de la station suivante et ainsi de suite.
On peut ainsi acheminer rapidement les dépêches .Vers 1790, une diligence portait un message de Paris à Strasbourg en quatre jours. En 1799, le même message met moins de 2 heures !
La communication est confidentielle, les télégraphistes ignorant complètement la signification des messages qu'ils transmettent. Seuls la personne émettrice et le destinataire en ont connaissance, le directeur de la station terminale possédant dans un coffre le mode de traduction.
Avec les guerres révolutionnaires européennes, le besoin de disposer d'un mode de communication rapide augmente les besoins de construction des lignes. Ainsi, en 1793, la première ligne Paris-Lille est créée. Le 17 août 1794, les "machines Chappe" transmettent une première grande nouvelle (militaire) qui enflamme la Convention : la prise du Quesnoy par les Républicains.
http://www.cc-beaujolais.com/marcy/index.php?option=com_content&task=view&id=93&Itemid=168&limit=1&limitstart=1
En 1850, le réseau s’étend sur 5 000 kilomètres avec 534 stations desservant 29 grandes villes
http://www.telegraphe-chappe.com/chappe/resume.html
Mais son usage est réservé principalement à l’armée et à l’Etat : aucun service n'est accessible au public.
La paix revenue, les limites du télégraphe apparaissent. En plus d'être tributaire du budget alloué par l'Etat, il apparait que l'optique ne fonctionne ni la nuit, ni par temps de brouillard et ne traverse pas les mers. Le télégraphe ne doit alors sa survie qu'à la transmission des résultats de la Loterie nationale.
D'autres perfectionnements scientifiques et techniques vont entraîner sa mort définitive. Alors même qu'il émet ses derniers signaux en France en 1854, il va servir une dernière fois à l'armée pendant la guerre de Crimée qui oppose les alliés (Turquie, France, Angleterre et Piémont) à la Russie de 1854 à 1856.
Le télégraphe électrique
Dans les années 1840, le télégraphe électrique vient remplacer le télégraphe optique.
Il est le fruit de plusieurs innovations, recherches et expérimentations
Parmi les plus fondamentales, la pile, mise au point par Alessendro Volta en 1800, pose les bases des techniques électriques.
La pile Volta est un empilement de disques de Cuivre et Zinc, séparés par une surface de tissu imbibé de solution aqueuse NaCl. A chaque couche (cuivre, zinc, solution), se produit une réaction d’oxydo-réduction c’est à dire un échanges d’électrons et crée donc ainsi un circuit électrique.
La mise en série des couches permet d’obtenir une tension électrique plus élevée.
Schéma de la pile Volta
http://www.neurocard.net/flat.php?stack=175
Puis, en 1820, trois physiciens, Oersted, Ampère et Arago, découvrent l'électroaimant et montrent que l'électricité peut être utilisée pour la communication.
Il est constitué d'un bobinage et très souvent d'une pièce en matériau ferromagnétique doux appelé circuit magnétique. Quand le bobinage est parcouru par un courant, il crée un champ magnétique canalisé par le circuit magnétique.
Electroaimants
http://www.over-blog.com/Tout_savoir_sur_les_electro_aimants-1095203942-art357089.html
L'allemand S.T. Soemering, le français Ampère conçoivent les premiers modèles de télégraphe électrique.
En 1838, le physicien anglais Charles Wheatstone et William Fothergill Cooke (un servant dans l'armée des Indes) construisent le premier télégraphe électrique et le mettent en service entre Londres et Birmingam.
Samuel Morse s’inspire de ses prédécesseurs (notamment Ampère et Arago) pour inventer un nouveau système simple : une ligne électrique relie deux points avec, à chaque point, un émetteur et un récepteur.
Pour l’envoi du message, l’opérateur actionne un interrupteur, ouvrant ou fermant un circuit électrique au rythme des signaux émis. Les messages envoyés sont en morse, code constitué d'un système de lignes et de points.
http://visite.artsetmetiers.free.fr/telegr_enregistreur.html
Le récepteur fonctionne à l'aide d'un électro-aimant relié au fil de ligne et à la terre.
Quand le courant arrive, le levier est mis en mouvement et oscille. Il porte une pointe qui appuie sur une bande de papier.
La longueur de la trace laissée sur le papier dépend de la durée du passage du courant : à une impulsion courte correspond un point, à une impulsion longue correspond un trait.
http://visite.artsetmetiers.free.fr/telegr_enregistreur.html
Samuel Morse découvre que les signaux sont transmis avec force sur une distance de 30 kilomètres environ et que si l'intensité du courant électrique de ligne est suffisante pour la transmission des signaux, elle ne permet pas d'inscription sur le papier. Il procède donc à l'installation de relais tous les 30 Km.
Le relais est alimenté par une pile dont l'intensité du courant s'ajoute au courant de ligne.
http://butteauxcailles.eklablog.com/2010/03/
L’avantage avec cette technique est indéniable, les barrières naturelles étant supprimées (océans, montagnes…) et la vitesse de transmission étant beaucoup plus rapide (quasi-instantanée).
Samuel Morse construit en 1843 la première ligne télégraphique entre Baltimore et Washington, puis contribue à fonder la « Western Union Telegraph ».
De son côté ; Charles Wheatstone produit un télégraphe automatique (ancêtre du télex) qui transmet jusqu'à 180-190 mots par minute. L'essor de la télégraphie est donné : le premier câble transmanche fonctionne entre Douvres et Calais en 1851. En 1866, la première liaison transatlantique est réalisée entre l'Angleterre et les États-Unis, et le réseau américain se densifie avec une longueur de 37.000 milles et 22.000 bureaux télégraphiques.
En 1868, l'Angleterre compte plus de 128 000 km de lignes télégraphiques. Le télégraphe connaît un grand développement notamment grâce à l'ingénieur français Baudot, qui, à partir du principe du temps partagé, lui apporte une plus grande rapidité de transmission.
Le télégraphe électrique est une cause et une conséquence de la révolution industrielle. Il bouleverse les échanges avec l'émergence d'une communication mondiale et rapide.
Le téléphone
Les chercheurs essaient désormais de transmettre à distance non plus des signaux « Morse» mais la parole elle-même.
Or les nombreuses tentatives qui ont été faites pour utiliser la technique de modulation du télégraphe, par présence ou absence de courant, ont toutes échoué.
En 1854, Charles Bourseul énonce le principe de fonctionnement du téléphone. Mais c'est l'Allemand Philipp Reiss qui est le plus près de la réussite. En 1861, il présente un montage, qu'il baptise téléphone, avec lequel il parvient à transmettre des sons isolés, ou même des sons musicaux de différentes hauteurs, mais pas des sons articulés vraiment intelligibles et pas encore la parole.
Le nombre de dépêches télégraphiques à transmettre devient tel que l'on cherche aussi le moyen d'en véhiculer plusieurs simultanément sur la même paire de lignes. C’est dans le cadre de ces recherches que l'ingénieur américain Alexander Graham Bell découvre qu'un fil électrique restitue le son correspondant à la vibration d'un ressort d'acier placé à l'extrémité de ce fil. Avec son assistant, Thomas Watson, il met au point un premier prototype de téléphone. Un an après, en 1876, Bell lance officiellement le téléphone à l'occasion de l'Exposition du centenaire de la fondation des Etats-Unis à Philadelphie. En fait, il aurait pu utiliser les plans d’un inventeur italo-américain, Antonio Meucci, dont le rôle dans l’invention du téléphone a été reconnue par la Chambre des représentants des Etats Unis le 11 juin 2002.
Le principe du téléphone est le même que celui d’un micro : il est constitué d’une bobine entourée d’un aimant. Lorsque l’on parle, une membrane vibre et émet des courants très faibles : les courants d’induction. Ces courants sont recueillis par un récepteur qui transmet la voix.
Téléphone de Bell
http://fredouille.pagesperso-orange.fr/invention.htm
Le téléphone est exploité commercialement aux États-Unis dès 1877 et en France dès 1879. En 1912, on compte 12 millions de postes téléphoniques dans le monde dont 8 millions aux États-Unis. Ces chiffres représentent un abonné pour 12 habitants aux États-Unis, 1 pour 71 en Grande-Bretagne et dans l'Empire allemand et 1 pour 183 en France.
Vers la transmission sans fil (TSF)
De nombreuses expériences et découvertes vont conduire au développement de la transmission sans fil.
Le physicien anglais, Faraday, découvre en 1831 qu’un aimant peut créer un courant électrique, et crée la théorie de « l’induction électromagnétique » qui permet de transformer une énergie mécanique en énergie électrique.
En 1858, Mahlon Loomis énonce une "théorie" sur l'emploi de l'électricité statique de l'atmosphère dans la transmission de signaux (il appelle ces signaux "pulsations"). En 1866, il réussit une transmission sans fil entre 2 stations distantes d’une trentaine de kilomètres en vue directe entre 2 collines à l’aide de cerf volants puis d’antennes en acier. Mais, faute d’argent, il doit arrêter ses travaux.
Pour mettre plus en avant les relations entre le magnétisme et l’électricité, James Clerk Maxwell forme 20 équations et prouve en 1864 qu’il existe un nouveau type d’onde : les ondes électromagnétiques.
En 1883, Thomas Edison invente le tube à vide : c'est un composant électronique (un semi-conducteur) surtout utilisé comme amplificateur de signal qui permet de transmettre sur de plus longues distances.
Tube à vide de Thomas Edison
http://jnaudin.free.fr/lifters/vacuum/indexfr.htm
Le physicien Heinrich Hertz cherche à vérifier les expériences et équations de Maxwell. En 1887, il invente et construit un oscillateur ou "excitateur" qui lui permet de travailler sur de très hautes fréquences.
L'oscillateur comprend deux sphères de cuivre d'environ 30 cm de diamètre reliées par un conducteur rectiligne d'environ 3 m. Ce conducteur est coupé en son milieu par un éclateur constitué de deux petites sphères dont la distance peut être réglée. Les sphères sont reliées à un générateur électrique de forte puissance et l'ensemble est isolé de la terre. Les charges s'accumulent dans les grandes sphères jusqu'au moment où l'étincelle éclate entre les petites sphères de l'éclateur. Il découvre alors sans le savoir la radiophonie et les télécommunications du XXe siècle. Les ondes qu’il découvre seront appelées plus tard les ondes hertziennes.
Schéma de l’expérience d’Hertz
http://www2.cndp.fr/themadoc/einstein/photon.htm
En 1889, Tesla réalise un générateur haute fréquence (15 kHz).
En 1890, Branly découvre le principe de la radio conduction. C'est un dispositif de détection des ondes hertziennes, ce qui permet la transmission sans fil. Dans son expérience, Branly réussit à ouvrir et fermer un circuit sans qu'il y ait de lien matériel entre l'organe de commande et un tube à limaille.
Dans la même année, Branly fabrique le premier détecteur d'ondes sensibles réellement utilisable. Il sera peaufiné en 1894 par Lodge, un physicien anglais, et sera nommé le récepteur Branly-Lodge.
Récepteur de Branly-Lodge
:
http://www.gr-univers.fr/louis_einstein_univers/ondeshertziennes.php
En 1893, Alexandre Popov, un ingénieur de la marine impériale russe, fait une expérience : il relie le fil d’un paratonnerre relié à la terre à un récepteur Branly-Lodge (voir ci-dessus). Il invente ainsi l’antenne-terre, ce qui permet d’augmenter grandement les distances capables d’être franchies avec la transmission sans fil.
En 1895, Guglielmo Marconi, physicien et inventeur italien utilise l’émetteur d’Hertz, le récepteur de Branly-Lodge et une antenne de Popov pour envoyer des messages en morse. Il réussit ainsi en 1901 à envoyer un message à travers la Manche (3000 km). Il est considéré comme un des pères de la TSF.
En 1898, l’ingénieur Eugène Ducretet envoie des sons à courte distance entre la Tour Eiffel et le Panthéon.
En 1900, le canadien Reginald Fesseden est le premier à transmettre une voix par TSF. Il invente aussi par la même occasion la modulation d’amplitude, dont nous expliquerons le fonctionnement et ferons la modélisation dans la seconde partie de notre présentation. Mais la qualité du message sonore reste mauvaise avec la TSF: ce problème demeure à résoudre.
En 1900 également, grâce à Gustave Ferrié, le récepteur de Branly-Lodge est remplacé par un nouveau modèle de récepteur plus performant : le détecteur électrolytique. Il permet de recevoir les messages sonores grâce à un casque ou à des écouteurs. Mais il présente un inconvénient : il est instable face aux vibrations, ce qui nécessite son installation dans une station fixe, et non pas dans une station en mouvement.
Détecteur électrolytique
:
http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9cepteur_%C3%A0_cristal
En 1904, John Fleming invente l’ancêtre de la diode : c’est une lampe à deux électrodes qui permet de détecter les ondes électromagnétiques.
Modèle de lampe à deux électrodes
:
En 1906, Lee De Forest améliore la lampe de John Fleming en y ajoutant une troisième électrode, et crée la triode qui permet d’amplifier le signal d’une TSF. Elle sera le départ de toute l'industrie radio-électronique.
Triode électrique (A) et symbole graphique (B)
http://daniel.robert9.pagesperso-orange.fr/Triodes_Tubes_Electroniques.html
Puis, avec Dunwoody, Pickard invente le poste à galène. La galène est un minéral composé de sulfure de plomb aux propriétés semi-conductrices. Les premiers postes récepteurs de radiodiffusion apparaissent.
Poste à Galène 1923
http://www.tsf36.fr/antiques.htm
Ce n'est qu'en 1928 que les premiers postes de radios utilisant l'énergie électrique du "secteur lumière" (courant alternatif venant de la prise de courant classique) arrivent sur le marché. On peut donc dire que la radio, ou transmission sans fil (TSF), n'a pas été découverte spécifiquement, mais résulte de l'accumulation de multiples découvertes et expériences réalisées par des physiciens, laborantins, inventeurs du 19ème et du 20ème siècle.