La propagation des ondes radio HF sur de longues distances grâce à l'ionosphère

La propagation des ondes radio HF, au-delà de l'horizon, est favorisée par les couches ionisées de l'ionosphère qui constituent, en quelque sorte, nos "bottes de sept lieux" ! Ces couches redirigent vers la terre une bonne partie de nos ondes radio (HF) qui, autrement, iraient se perdre inutilement dans l'espace, sans jamais atteindre d'autres radioamateurs !

Nous verrons plus loin que la couche dite 'F2' est la plus utile pour les radioamateurs.

Comment fonctionne la propagation des ondes radio HF

Comme démontre le croquis hautement simplifié ci-dessus, le faisceau HF 'C' est redirigé vers la terre par la couche ionisée. Ce faisceau rebondira sur la terre au point '1' puis sera redirigé ('C1') vers l'ionosphère qui le redirigera à nouveau vers la terre et rebondira au point '2', deviendra 'C2'... et ainsi de suite... jusqu'à ce qu'il ait perdu toute son énergie après de multiples rebonds.

Les faisceaux qui n'atteignent pas la couche ionisée avec un angle d'attaque optimal iront se perdre dans l'espace. C'est le cas des faisceaux 'A' et 'B'.

Notez que le faisceau 'D' ne touchera pas le sol après avoir été redirigé une première fois par la couche ionisée. Ce faisceau atteindra éventuellement la couche ionisée à nouveau, mais beaucoup plus loin. Éventuellement, il finira par être redirigé vers le sol... mais il aura vraisemblablement perdu beaucoup de son énergie RF initiale.

Comment se créent les couches ionisées

L'ionisation de la partie supérieure de notre atmosphère terrestre est provoquée par les rayons ultraviolets du soleil qui entrent en collision avec les molécules d'hydrogène et d'hélium qui s'y trouvent en petit nombre. Ces collisions détachent des électrons de ces molécules gazeuses.

Il en résulte des ions positifs d'hydrogène et d'hélium, ainsi que des électrons libres à charge négative, qui se regroupent en strates (couches) plus ou moins distinctes au-dessus de nos têtes.

Cependant, l'ionosphère ne se peuple de couches ionisées que si le soleil est "actif". Tout va bien pendant la phase "active" du cycle solaire qui est d'environ 9-10 ans sur une durée moyenne de 11 ans.

Mais, pendant les quelques années de relative inactivité qui surviennent vers la fin d'un cycle, avant que ne débute le cycle suivant... les couches ionisées sont ténues, sinon carrément inexistantes pendant de nombreux mois ! Vous pourrez obtenir plus de détails sur le cycle solaire ici :

Source: https://www.spaceweatherlive.com/fr/activite-solaire/cycle-solaire

Les couches ionisées et la propagation des ondes radio HF

La couche ionisée 'D'

C'est la plus basse de couches ionisées. Elle se situe entre 60 et 100 km au-dessus du sol. Le jour, sous l'action des rayons UV émanant du soleil, cette couche forme une véritable barrière à la propagation des ondes radio dans les bandes de fréquences du 160 mètres, 80 mètres et 40 mètres. Les fréquences radio au-delà de 10 MHz arrivent néanmoins à passer au travers.

Plus la fréquence radio augmente, moins grande sera l'atténuation des signaux qui réussiront, ainsi, à se frayer un chemin pour atteindre les couches ionisées supérieures.

La couche ionisée 'E'

La couche 'E' se situe entre 90 et 150 km d'altitude, mais la tranche utile à la propagation des ondes radio HF se situe plutôt entre 95 et 120 km d'altitude. Le jour, en principe, la couche 'E' pourrait servir à rediriger vers la terre les signaux de 5 à 20 MHz.

Mais, en réalité, le jour, la couche 'D' absorbe la majeure partie de ces fréquences radio bien avant qu'elles ne l'atteignent. Seuls les signaux 7, 10 et 14 MHz, émis presque à la verticale, parviendront à atteindre la couche 'E' avec une intensité suffisante pour être déviés vers la terre et permettre d'atteindre des distances jusqu'à 1200 km.

La couche 'E sporadique' (ou Es)

Par ailleurs, des "nuages" ionisés furtifs se forment à l'occasion dans la couche 'E'. Ils ne servent cependant à peu près jamais à la propagation des fréquences HF. Ce n'est qu'à de rares occasions que ces "nuages" seront assez denses pour rediriger vers la terre des faisceaux de signaux à des fréquences parfois aussi basses que 21 MHz.

Cette propagation, dite 'E sporadique' (ou Es), est néanmoins très utile aux fréquences radio supérieures à 28 MHz. Nous y faisons référence sur une autre page, de notre site, portant sur la propagation THF (VHF) de la bande de fréquences radio du six mètres (50 MHz)

La couche ionisée 'F1'

Cette couche peut souvent favoriser la propagation des signaux du 30 m (10 MHz) et 20 m (14 MHz) le jour, en été. En dehors de cette période, son rôle en propagation RF du spectre d'ondes HF est plutôt négligeable.

La couche ionisée 'F2'

• Elle se forme, le jour, entre 250 et 400 km d'altitude et persiste la nuit.
  
  
• Elle est rarement totalement absente durant l'année.
  
  
• Cependant, lorsque le cycle solaire atteint son minimum d'activité, la couche 'F2' peut disparaitre pendant quelques jours !
  

Au maximum d'intensité du cycle solaire, la couche 'F2' sera à son plus dense. Elle pourra alors rediriger vers la terre les signaux HF de 7 MHz à 30 MHz jusqu'à 4000 km de leur point d'origine et, de là, rebondir vers la F2 et être déviée à nouveau vers la terre... pouvant, parfois, à la suite de rebonds successifs, faire le tour de la terre et revenir de l'arrière au point d'origine !

La propagation des ondes radio HF :
un sujet complexe

Ce qui précède n'est qu'un très bref résumé du rôle que jouent les couches ionisées de l’ionosphère sur la propagation des ondes radio HF. Beaucoup d'ouvrages scientifiques leur ont été consacrés… et les recherches scientifiques se poursuivent.

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