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Radio : théorie de base

Cet article dépasse quelque peu le champ des connaissances nécessaires au pilote privé. Il s’agit d’égrainer quelques concepts, les survoler juste ce qu’il faut pour vous permettre de les retenir et de les réutiliser plus tard.

L’onde radio

L’onde radio est une onde électromagnétique.  Elle est définie par sa longueur d’onde et sa polarisation.

La fréquence de l’onde radio dépend directement de la longueur d’onde, et de la vitesse de propagation de l’onde qui est à peu près constante et égale à la célérité de la lumière (soit 300 000 kilomètres par seconde environ).

L’onde radio (onde électromagnétique) est l’association d’un champ électrique et d’un champ magnétique qui se déplacent ensemble, en ondulant, l’un toujours perpendiculaire à l’autre.

13vv

Longueur d’onde

La longueur d’onde est une grandeur métrique, elle défini la distance entre deux valeurs remarquables de l’onde (le maximum d’intensité par exemple). Pour des vagues, la longueur d’onde serait la distance entre deux crêtes de vagues. Il en est de même pour les ondes électromagnétiques :

longueur d onde

Les ondes se déplaçant toujours à la même vitesse, leur fréquence est liée uniquement à cette longueur d’onde :  \displaystyle f = \frac{c}{\lambda}

avec f la fréquence (en hertz), c la célérité de la lumière (300 000 000 m/sec) et  \lambda (la lettre grecque lambda) la longueur d’onde en mètres.

Polarisation

L’onde radio est aussi définie par sa polarisation. C’est le champ électrique qui définit la polarisation de l’onde électromagnétique. Si le champ électrique de l’onde oscille dans un plan vertical, alors l’onde est dite « polarisée verticalement ». Si il oscille dans un plan horizontal, l’onde est polarisée horizontalement.

Pour reprendre le schéma précédent :

13vv

Ici le champ électrique évolue verticalement et le champ magnétique horizontalement. L’onde est donc polarisée verticalement.

En quoi est-ce important et intéressant pour nous, pilotes ?
Tout simplement parce que la position de l’antenne radio dépend de cette polarisation. Dans les transmissions radio VHF aéronautiques, les ondes sont polarisées verticalement. C’est pourquoi les antennes des radios VHF de votre avion sont verticales.

antennes vhf

A l’inverse, les ondes radio VHF utilisées pour la radionavigation VOR sont polarisées horizontalement, donc les antennes VOR sur l’avion sont implantées à l’horizontale.

VOR antenna

 Gammes de fréquences

Pour le pilote privé VFR, la seule gamme de fréquence utilisée pour les communications sera certainement la VHF. A savoir que les avions long courriers utilisent encore les radios HF pour les traversées de grands espaces (océans, déserts,..) bien que ce moyen de soit franchement obsolète de nos jours. Les militaires, eux, utilisent des gammes UHF. Enfin, l’usage des communications numériques par satellite est de plus en plus courant pour les longues distances, utilisant également la bande UHF.

Comment s’y retrouver dans toutes ces bandes de fréquences ?
VHF pour Very High Frequency (très haute fréquence), HF pour high frequency. Une phrase mnémotechnique en anglais permet de retenir l’ordre de ces gammes :

Very Lovely Maidens Have Very Useful Sewing Equipments

(en français : les très charmantes demoiselles ont de très utiles équipements de couture… mignon, mais la phrase ne sert à rien dans notre langue)

 BandeFréq.Utilisation
VeryVLF3 à 30 KHzSous marins
LovelyLF30 à 300 KHzRadio grand public grandes ondes, radio amateurs
MaidensMF300 KHz à 3 MHzRadio grand public ondes moyennes, radio amateurs, balises de secours avalanches
HaveHF3 à 30 MHzTransmissions longue portée, armée, espace
VeryVHF30 à 300 MHzCommunication radio aéro, bateau, etc., radionavigation, bande FM
UsefulUHF300 MHz à 3 GHzTV hertzienne, communications militaires, GSM, Wifi, DECT, RFID,...
SewingSHF3 à 30 GHzCommunications satellite, radioastronomie, radio-altimètres
EquipmentsEHF30 à 300 GHzRadioastronomie

Bande VHF

Concentrons nous sur la bande VHF, qui seule concerne le pilote privé. L’émetteur/récepteur radio VHF installé dans votre avion couvre une plage de fréquences allant de 118 à 136 Mhz.

Fréquences Réservées

Certaines fréquences sont réservées et doivent être connues :

  • 121.5 MHz : Fréquence de détresse. Cette fréquence est écoutée par les militaires et, normalement, par tous les avions commerciaux dont une radio n’est pas utilisée. Les balises de détresse émettent sur cette fréquence, donc un contrôleur aérien peut vous demander d’écouter la fréquence afin de confirmer le déclenchement d’une balise (suspicion d’accident dans votre secteur géographique). En cas de nécessité, vous pouvez aussi transmettre un message d’urgence sur cette fréquence
  • 122.25 MHz : Montgolfières
  • 122.5 MHz : Planeurs
  • 123.45 MHz : Fréquence Air-Air, aussi appelée « fréquence poubelle », permet la communication entre aéronefs à volonté
  • 123.5 MHz : Fréquence « club », ou auto-information d’aérodrome, utilisée par les avions dans un espace n’ayant aucune autre fréquence affectée
  • 130.0 MHz : Fréquence montagne
Espacement

Les fréquences VHF de communication aéronautiques ont longtemps été espacées de 25 kHz. Ainsi, les fréquences disponibles étaient 118.0 MHz, 118.25, 118.50, 118.75, etc.
L’augmentation du trafic et l’organisation de l’espace aérien nécessitent toujours plus de fréquences, si bien que cet espacement de 25 kHz s’avère aujourd’hui insuffisant. C’est pourquoi ont été introduites les radios à espacement de 8.33 kHz.

Avec l’espacement 8.33 kHz, on ne parle plus de fréquences, mais de canaux (channels). En effet, les canaux sont des fréquences arrondies. Ainsi, le premier canal disponible après 118 MHz sera 118.010 (c’est ce que vous afficherez sur votre récepteur, à la demande du contrôle et en suivant votre documentation). En réalité, la fréquence utilisée par l’équipement est 118.00833 MHz. La fréquence est arrondie pour donner un canal pour des raisons de lisibilité.

Depuis le 17 novembre 2013, toutes les radios aéro en vente  utilisent l’espacement 8.33 KHz.
Depuis le 1er janvier 2014, tous les aéronefs IFR évoluant en espace de classe A, B ou C sont équipés de radios 8.33 KHz
A compter du 1er janvier 2018 : tous les aéronefs IFR et VFR devront être équipés de radios à espacement 8.33 kHz, sauf s’ils restent en espace aérien non contrôlé ou n’utilisent que des espaces aériens où l’espacement 25 kHz est suffisant. La plupart des TMA vont passer en espacement 8.33, il sera donc très difficile de voyager sans être équipé, même en VFR.

Ces règles ne sont valables que sous le niveau de vol FL195. En effet, l’espacement 8.33 est déjà obligatoire au dessus du FL195.

Portée et chevauchement

La portée d’une radio VHF est dite « optique ». Autrement dit, si un rayon de lumière peut passer, l’onde radio peut passer. Les obstacles naturels (montagnes) ou artificiels (bâtiments,..) empêchent donc la propagation des ondes VHF. La portée maximum théorique d’une radio VHF est

 1.23 \sqrt{Hauteur recepteur} + 1.23 \sqrt{Hauteur de emetteur}

Avec la hauteur en pieds et la portée en nautiques. Par exemple, pour un avion communiquant à 2500 pieds avec une station située au niveau de la mer :

 Portee = 1.23 * \sqrt{2500} = 61.5 nm

Si cette formule fonctionne très bien dans le vide, l’onde est en partie absorbée, perturbée, et sa portée dépend donc aussi de la puissance de l’émetteur.

La répartition des fréquences entre aéroports est gérée en fonction des portées, afin d’éviter dans la mesure du possible le chevauchement des fréquences. Ainsi, de nombreux aéroports utilisent la même fréquence sol. C’est le cas de Toussus le Noble et de l’aérodrome de Lognes qui partagent la fréquence sol 121.85 MHz. Il est primordial d’utiliser les bonnes fréquences au bon moment. Exemple :
Vous partez de Lognes. Il y a peu de trafic donc un seul contrôleur est à la tour, il a couplé les fréquences sol et tour (un seul contrôleur pour deux fréquences). Vous effectuez le roulage sur la fréquence sol. Avant de décoller, le contrôleur vous demande de le recontacter sur la fréquence tour, mais vous ne vous exécutez pas et décollez sur la fréquence sol. A seulement 1000 pieds, vous arrosez un secteur de près de 40 nautiques de rayon. Ainsi, lorsque vous tentez de recontacter le contrôleur de Lognes, vous êtes aussi entendu de la tour et des avions de Toussus le Noble, située à seulement 21 nautiques. Vous leur couperez la parole, et si tout le monde fait ainsi, les fréquences deviendrons rapidement inaudibles.

L’alphabet radio international

En radio, quand on épelle des mots, que l’on énumère des lettres (pour s’identifier grâce à son immatriculation par exemple), il n’est pas question de prendre le risque d’une confusion. Pas question non plus de dire « B comme Brigitte, E comme Eric ».

Donc depuis 1956, les utilisateurs de radios (avions, bateaux, services de l’ordre, etc..) utilisent un même alphabet radio, qui a été conçu par l’OTAN pour être prononçable et compréhensible dans toutes les langues. La prononciation de chaque lettre doit être suffisamment unique pour éviter les confusions.

A – Alpha
B – Bravo
C – Charlie
D – Delta
E – Echo
F – FoxTrot
G – Golf
H – Hotel
I – India
J – Juliette
K – Kilo
L – Lima
M – Mike
N – Novembre
O – Oscar
P – Papa
Q – Quebec
R – Romeo
S – Sierra
T – Tango
U – Uniform
V – Victor
W – Whisky
X – X-Ray
Y – Yankee
Z – Zoulou

Certaines de ces lettres seront plus faciles à retenir que d’autres. Mais il n’y a guère d’autre solution que de les apprendre par coeur, quitte à les réciter en « jouant » (épelez votre nom, les plaques d’immatriculation des véhicules devant vous dans les bouchons, etc.)

A l’exception des plus jeunes, vous vous souvenez certainement de ce tube : http://www.youtube.com/watch?v=vYOoozQuy1M