Lorsqu'on
raccorde une antenne à un récepteur, on se rend
compte que, même en l'absence de signaux, le niveau du bruit
de fond audible dans le haut-parleur ou le casque augmente de
façon plus ou moins importante. Ce souffle, qui s'ajoute
au bruit généré par
le récepteur, est le bruit externe. L'échantillon que l'on peut entendre en cliquant sur la photo a été réalisé le 08/08/2010 en début de bande 40m. Le niveau réel de bruit mesuré sur une bande passante de 300Hz était de -110dBm (S3) environ, bien que l'aiguille du S-mètre indiquât S5.
Bruit, parasites, brouillages
Les signaux nuisibles externes au récepteur qui gênent l'écoute ou le décodage des signaux utiles peuvent être regroupés grossièrement en trois familles :
- brouillage : c'est le signal d'une station voisine de la fréquence occupée, l'harmonique d'un émetteur commercial, le rayonnement indésirable du décodeur TV du voisin... Il occupe une fréquence ou une bande de fréquence restreinte et pourrait être identifié.
- parasite : crépitement correspondant à l'étincelle d'allumage d'un moteur à explosion mal antiparasité ou d'une clôture électrique, ou encore d'un amorçage aux bornes d'un isolateur défectueux... Les parasites sont souvents périodiques et couvre une très large bande de fréquence. Leur amplitude décroît avec la fréquence, ils sont donc surtout audibles sur les bandes les plus basses.
- bruit : souffle continu sur une bande de fréquence plus ou moins large. Il est provoqué par un très grand nombre de signaux survenant de façon aléatoire et que l'on ne peut isoler. Il suffit d'écouter les applaudissements qui suivent un concert ou un discours pour s'en faire une idée. Le bruit produit par un récepteur dont l'antenne est débranchée est un exemple. C'est ce genre de signaux nuisibles qui sont évoqués ici.
Note : une quatrième catégorie de bruit mi-interne/mi-externe au récepteur ne doit pas être oubliée : le bruit produit par le récepteur en présence de signaux externes, ce sont les produits d'intermodulation.
Origine du bruit externe
Les sources de bruit radioélectrique externes au récepteur se classent dans deux catégories : origine naturelle et artificelle.
1) Sources naturelles de bruit
a) Origine terrestre :
- atmosphérique : ensemble de toutes les décharges électriques liées surtout aux centaines d'orages qui sévissent en permanence à la surface de la planète et en particulier des régions tropicales et équatoriales. Le spectre de fréquence de ces émetteurs à étincelles se situe principalement dans les VLF mais les harmoniques de ces variations brutales de potentiel s'étalent jusqu'aux VHF. L'amplitude de ces harmoniques décroit avec la fréquence, ce qui explique que le niveau de bruit dû à ce phénomène diminue fortement au delà de 10 MHz et devient négligeable au-dessus de 30MHz si on le compare au niveau de bruit radioélectrique provoqué par les activités humaines. Le niveau de bruit varie en fonction de nombreux paramètres qui régissent également la propagation des ondes "utiles".
- atmosphérique également est le bruit due à la vapeur d'eau et à l'oxygène en hyperfréquences, principalement aux alentours de 24 et 60 GHz.
- rayonnement du sol : comme tous les objets dont la température est supérieure au zéro absolu, le sol rayonne. Ce bruit est très faible si on le compare à celui des autres sources mais non négligeable pour certaines applications.
b) Origine extra-terrestre
- solaire : en tant qu'étoile, le soleil est un puissant émetteur d'ondes électromagnétiques depuis les fréquences les plus basses juqu'aux rayons gamma. Le niveau de bruit perçu à la surface de la Terre est généralement faible mais peut augmenter fortement lors des sursauts d'activité radioélectrique, principalement sur les fréquences supérieures à 20 MHz pendant des périodes pouvant dépasser plusieurs heures. Le bruit radioélectrique d'origine solaire varie bien entendu en fonction des rythmes habituels : journaliers, saisonniers mais aussi en fonction du cycle solaire.
- lunaire : la Lune rayonne du bruit d'origine thermique comme n'importe quel objet.
- galactique : la matière interstellaire (gaz) est le principal responsable du bruit galactique. Les millions d'étoiles qui peuplent notre galaxie, la Voie Lactée, sont autant de soleils et de générateurs de bruit radioélectrique mais leur éloignement fait que le niveau de bruit qui leur est imputé est très faible. Certaines de ces radiosources se distinguent particulièrement. Le niveau du bruit galactique est du même ordre de grandeur que le bruit d'origine artificiel rencontré dans une zone rurale calme.
- cosmique ou cosmologique : bruit résiduel lié au Big-Bang et à l'expansion de l'univers. Très faible et provenant de toutes les directions, on peut considérer qu'il constitue la référence de bruit avec ses 2,7K.
2) Bruit radioélectrique lié à l'activité humaine
La plupart des appareils producteurs ou consommateurs d'électricité, reliés au réseau ou non, sont susceptibles de produire du bruit. L'allumage ou l'extinction d'une simple lampe à incandescence étant déjà audible dans un récepteur en modulation d'amplitude, que dire des alimentations à découpage, des lampes à basse consommation ou tubes fluorescents classiques, des moteurs électriques, des systèmes d'allumage des moteurs à explosion, des écrans, souris, claviers... d'ordinateur ? A ces sources s'ajoutent les systèmes de communication par courants porteurs en ligne (CPL) qui polluent les fréquences de 9 à 150kHz et de 1,6 à 30 MHz
Niveau du bruit externe
Le graphe ci-contre donne une idée
des variations du champ équivalent au bruit externe dans
lequel baigne une antenne de réception. Il a été
établi pour une largeur de bande de 2700 hertz.(A) et (A') : bruit naturel d'origine terrestre (atmosphérique). Les deux courbes montrent les valeurs moyennes des maxima de ce bruit en fonction de la fréquence. Courbe (A) : été, de nuit ; courbe (A') : hiver, de jour. Le creux observé vers 2 à 5 MHz un jour d'été est provoqué par l'absorption par la couche D des décharges lointaines. Par une nuit d'été, le bruit dû aux décharges orageuses peut avoir un niveau 40dB supérieur à celui d'un jour d'hiver aux environs de 2MHz.
Des variations énormes sont aussi constatées en fonction de la position géographique, de l'activité solaire... Ces courbes concernent les régions continentales tempérées ; à 1MHz le niveau de bruit augmente en se rapprochant de l'équateur (jusqu'à +30dB) et diminue en remontant vers le pôle (jusqu'à -10dB). L'amplitude de ces variations dépend beaucoup de la fréquence.
(I) : niveau de bruit d'origine humaine dans une zone urbaine très polluée sur le plan radioélectrique, un centre-ville ou un zone industrielle dense, par exemple.
(I') : niveau de bruit d'origine humaine dans une zone désertique ou éloignée de toute activité humaine génératrice de parasites électriques.
Ces deux dernières courbes sont des limites approximatives. Elles montrent que le niveau de bruit décroît régulièrement avec la fréquence .
(G) : bruit galactique. Cette courbe montre une valeur moyenne. Une antenne très directive pointées vers différentes parties du ciel montrera des variations importantes de ce bruit qui se fait surtout sentir lors des communications spatiales nécessitant des moyens d'écoute très sensible (EME en particulier mais aussi trafic avec les satellites dans certains cas).
Importance du bruit externe en fonction de la fréquence
Lorsque l'on branche l'antenne sur un bon récepteur décamétriques réglé sur une fréquence calme (mettons 3,6 MHz en plein jour), l'augmentation du bruit de fond est considérable. En VHF ou UHF, cette augmentation est généralement beaucoup moins sensible. A titre d'illustration voici deux enregistrements effectués dans les mêmes conditions, sur un bout de fil d'une quinzaine de mètres, le 08/08/2010 à 0730 TU (6h30 du matin) à la campagne et à 13km d'une ville importante : bruit sur 3,6 MHz - bruit sur 28,1 MHz
Les deux bandes étaient désertes à ce moment-là.
1) VLF, fréquences inférieures à 1MHz
Niveau de bruit très élevé mais également très variable. Les parasites atmosphériques dus aux orages sont perçus à longue distance. Comme l'activité humaine, le niveau de bruit total varie en fonction du lieu et de l'heure du jour. C'est sans doute au Pôle que la bande VLF est la plus calme.
2) Bandes décamétriques de 1 à 10 MHz
La différence de niveau de bruit entre la bande amateur des 160m et celle des 30m est très nette. On peut aussi observer les variations journalières et saisonnières du niveau de bruit en regardant l'aiguille du S-mètre. La sensibilité du récepteur n'est pas une qualité primordiale, puisque le facteur de bruit minimum équivalent au bruit externe est de 40 dB ; en revanche, sélectivité et résistance aux signaux forts sont des atouts indéniables.
3) Bandes décamétriques de 10 à 30 MHz
Si la bande 20m est encore un peu bruyante, la bande 10m peut paraître silencieuse, au niveau du bruit de fond, bien entendu... Pour un récepteur un peu sourd, c'est à dire manquant de sensibilité (facteur de bruit supérieur à 20dB), il peut être intéressant d'ajouter un préamplificateur.
4) VHF de 30 à 150MHz
Bruit de fond relativement faible, sauf cas particuliers. Pour le trafic à longue distance (DX), il peut être avantageux d'ajouter un préamplificateur à faible bruit juste au niveau de l'antenne pour compenser les pertes dans le câble d'alimentation et améliorer le facteur de bruit du système de réception.
5) UHF
Le bruit de fond naturel est faible, les sources de bruit liées aux activités humaines sont généralement beaucoup moins gênantes que sur décamétriques. C'est surtout avec les systèmes de réception très performants que le bruit externe sera mis en évidence.