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.


[Lien direct sur le fichier son pour les navigateurs non compatibles avec le gadget.]

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.

Commentaires

  1. Impressionnant!
    Incroyable mais vrai , ça m'en bouche les oreilles!!
    Esthétique en plus.
    Tu devrais le faire breveter.

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    1. Ce type de poste était très utilisé au tout début des années 1900 et jusque dans les années 1950 :-).

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    2. Bonjour, et félicitation . Je me demande a quel endroit sur le circuit il fau brancher la sortie son? Et comment il faisait en 1900, 1950 pour les haut-parleur

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    3. Entre le deuxième et le troisième clou en cuivre à l'avant sur la première photo. En 1900, le haut parleur même pas en rêve car à l'époque il n'y avait aucun moyen d'amplification. A partir des années 1920 on voyait les premiers amplificateurs à lampes avec haut parleurs à cornet.

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  2. A quand le lecteur de CD, MR Géo trouve tout ?

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  3. Je suis fan!!!
    C'était donc ça, ce que tu bricolais dans ton atelier, j'aurais jamais deviné!!!!
    Cependant ça ne m'étonne absolument pas!!!
    Par ailleurs il est tellement rare de te voir en photo, celle ci est particulièrement réussie!!

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    1. PS: mais où vas tu chercher toutes ces idées là???

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    2. Je ne suis très expérimenté en portrait et j'ai des difficultés à sourire sur les photos. Il a fallu que je me mitraille pour obtenir une esquisse de sourire ;-). Ça faisait longtemps que je cherchais un ancien poste à galène sur ebay ou autre, mais ils sont très chers. J'ai finalement décidé d'en faire un moi même.

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  4. j 'imagine la joie de tous les enfants à qu'on aiderait à réaliser un tel poste
    je n'ai jamais vu un visage aussi heureux de quelqu'un qui entend France Info dans son casque!

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    1. Quand j'étais enfant, j'avais eu un jeu qui permettait de construire un récepteur à transistor. Le jeune radio, des éditions Gégé. J'avais grillé le transistor (je parle du composant électronique) en l'alimentant avec du courant alternatif provenant de mon circuit automobile. La pièce de rechange valait 40 francs, ce qui était énorme à l'époque !

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  5. Fascinant! Je regardais hier un documentaire sur Nikola Tesla et cette photo m'a fait penser a lui.
    Votre "self portrait" est bien réussi.

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    1. Beau jeu de mots quand on sait qu'une bobine d'accord est aussi appelée une self !

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  6. Vraiment très impressionnant, ça m'épate , j'avais déjà entendu parler du poste à galène sans bien savoir à quoi ça correspondait. Merci pour toutes ces explications, photos à l'appui.

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    1. Beaucoup de ces récepteur étaient, comme celui-ci, des exemplaire uniques, fabriqués de manière artisanale.

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  7. Alors Professeur Tounesol, quand organiserez-vous une colo pour adultes (= grands enfants)sur le thème "Photos & fabrication d'un poste radio à galène" ? Mon mari et moi nous nous inscrivons tout de suite :)
    Super ! y compris l'autoportrait ;)

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    1. Je ne sais pas si ça passionnerait beaucoup de monde, mais qui sait ?

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  8. Wow! Je suis totalement captivée par cette expérience! Quel beau projet! Tu dois être fier de voir que ça fonctionne bien en plus! Merci pour les explications sur les ondes radio et la façon de les capter. J'ai trouvé ton billet passionnant!

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  9. bravo! mes seuls experiments ..je les fais en peinture... mais cette chemise immaculé mérite aussi un commentaire!

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    1. Je dois avouer être très dubitatif sur les éléments constitutifs de cette réalisation, bien qu'en théorie c'est possible, il faut savoir qu'un tel appareil nécessite un écouteur "haute impédance" pour fonctionner, pourriez vous nous indiquer la distance qui vous sépare de l'émetteur. Et félicitations pour le look très moderne de cette "radio-antique".

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    2. Bonjour,
      le casque d'écoute qui apparait sur la deuxième photo est un modèle ayant une impédance de 32 Ohms. Je le relie au récepteur via un petit transformateur d’impédance 4600 ohms / 20 ohms qui n'apparait pas sur la photo car je l'ai placé dans une petite boite en plastique (une ancienne boîte de pellicule photo argentique 24*36) inesthétique. Grâce à ce transformateur, cette paire d'écouteurs donne des résultats surprenants, quoi que pas aussi bon que ceux obtenus avec un écouteur "cristal" comme sur ce poste improvisé : http://www.ruralite.net/2013/08/le-poste-galene-version-vacances.html
      L'émetteur France Info que je reçois est à une quinzaines de kms de chez moi et a une puissance de 5Kw et une fréquence de 1404 khz.

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  10. Bonjour,
    je sui actuellement en classe de première S. Avec 2 de mes camarades nous devons réaliser un TPE (travaux pratique encadré). Nous avons choisi comme thème le poste à galène. Après multiples recherches, nous n'avons pas réussi à comprendre par quels phénomène, le fait de briser la symétrie des ondes permet de les rendre audible?
    Merci d'avance et félicitations pour votre projet :)

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    1. Je viens d'ajouter à la fin du billet une explication très informelle et pas rigoureuse du phénomène, mais qui peut vous permettre de vous en faire une représentation mentale simplifiée. J'espère que vous construirez un récepteur à galène pour faire une démonstration le jour de votre soutenance. On peut avantageusement remplacer le sulfure de plomb par une diode au germanium encore trouvable pour quelques Euros, et au pire je pourrais vous en envoyer une. Il faut prévoir une antenne filaire d'une quinzaine de mètres et on peut utiliser un robinet ou un tuyau de chauffage central comme prise de terre. Attention, si l'antenne est à l'extérieur, il existe un risque sérieux par temps d'orage ! Ne pas utiliser non plus la prise de terre d'une prise électrique. Si vous avez d'autres questions, n'oubliez pas de donner une adresse email (une des options de commentaire le permet), ainsi je pourrai vous répondre directement.

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  11. Bonjour, je souhaite construire une radio similaire à la votre mais je ne parvient pas à bien voir comment connecter les cables entre eux. Pourriez-vous donc m'envoyer un plan.
    Merci beaucoup et félicitations pour ce beau progès.

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    1. Il existe de nombreuse variantes de schémas de récepteur plus où moins sélectifs. Vous pourrez en trouver des dizaines, de différentes difficulté, sur cette page : http://makearadio.com/crystal/index.php
      Le schéma que j'ai utilisé pour celui-ci est le même que celui décrit ici : http://f5zv.pagesperso-orange.fr/RADIO/RM/RM04/RM04k03.html

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  12. Merci pour votre aide, il me reste tout de même une dernière question. Un simple câble dénudé d'environ 20 mètres suffit-il comme antenne?

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    1. Ce n'est pas nécessaire que le fil soit dénudé, par contre il faut un fil unique et pas plusieurs côte à côte comme dans une allonge électrique. Il faut aussi une bonne prise de terre (robinet ou radiateur si le circuit d'eau est en cuivre).

      Ensuite, tout dépend de votre position géographique par rapport à l'émetteur le plus proche. Je suis près d'un émetteur France-info en petites ondes, d'où le faible nombre de spire de la bobine de mon récepteur. Mais pour capter les grandes ondes, il faut une bobine avec des centaines de spires.

      Pour faire la mise au point, utilisez une diode au germanium de type OA85, que vous pourrez remplacer ensuite par le détecteur à galène.

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