Propagation E sporadique (Es) sur VHF
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Voir aussi : l'ionosphère - Phénomènes d'optique et propagation des ondes - hauteur virtuelle - fréquence critique - Conditions de la réflexion d'une onde dans une couche ionosphérique - Les modes de propagation ionosphérique - Le trafic via E-sporadique sur 144 MHz -

La possibilité de trafiquer à longue distance sur des ondes de fréquences supérieures à 30 MHz est connue depuis les années 30, quand les amateurs ont commencé à s'équiper sur VHF. Ce type de propagation permet un trafic très intéressant sur 10 mètres et 6 mètres mais surtout sur la bande 2m où il n'est guère possible de trafiquer par réflexion sur les couches ionisées habituelles

Définition

En certaines périodes de l'année, principalement entre mai et juillet, se forment au niveau de la couche E des nuages fortement ionisés capables de réfléchir les ondes de fréquences beaucoup plus élevées que ne le fait habituellement la couche E.
Le phénomène serait provoqué par le cisaillement engendré par des vents de particules (qui n'ont rien à voir avec les courants d'air dans la troposphère) se déplaçant à très grande vitesse et en sens opposé. La couche fortement ionisée qui se forme est mince et très instable.
La fréquence maximum utilisable (FMU) peut alors dépasser 200 MHz. Ces nuages apparaissent brutalement, la FMU augmente plus ou moins rapidement, passe par un maximum puis redescend et disparaît. Le phénomène peut durer de quelques minutes à quelques heures et permettre à des amateurs éloignés de 500 à 2500 km, voire plus, d'établir un contact généralement très court sur 144 MHz. La propagation "Sporadic-E" ou "Es" est un phénomène encore méconnu dans un domaine où les amateurs ont encore un rôle non négligeable à jouer.

Evolution de la FMU

La Fréquence Maximum Utilisable (MUF, en anglais) évolue selon une tendance générale relativement lente mais avec des variations instantanées importantes selon les directions.
1) Un "coup" de propagation peut s'annoncer d'abord sur la bande 10 mètres où des stations situées à moins de 1000 km apparaissent sur la bande avec des signaux dépassant 59 mais soumis à un QSB parfois très profond et rapide.
Exemple : QSO France-Ukraine avec 300 microwatts en télégraphie
2) Etape suivante : la bande 6 mètres s'ouvre, les émetteurs de TV de la bande I situés à plus de 1000 km sont reçus. Ces derniers sont d'excellentes balises, puissantes et permanentes mais comme il n'est pas évident de savoir dans quelle direction l'ouverture de propagation va se faire, il est nécessaire d'en surveiller plusieurs.
3) La FMU atteint la bande FM et des stations de radiodiffusion exotiques font leur apparition. Là encore on a un réseau de "balises" très utiles, la langue utilisée par les commentateurs peut aider à connaître la direction de l'ouverture.
4) Ouverture de la bande 2m, les nuages sont de tailles réduites et semblent se déplacer, l'inclinaison des couches pouvant varier.

Les possibilités de contacts à longue distance sont de durée d'autant plus longue que la FMU est haute. Lorsque la bande 2m est ouverte, la bande 6 mètres l'est aussi. L'inverse n'est pas toujours vrai.

Propagation Es au cours de l'année

Une chose est certaine, c'est que les périodes ou la propagation E-sporadique en une région donnée est possible sont rares et se rencontrent principalement aux alentours du solstice d'été, c'est à dire de mai à août et, dans une moindre mesure, aux environs du solstice d'hiver. Mais des ouvertures se produisent en fait tout au long de l'année, plus rares et moins attendues par les amateurs, elles passent le plus souvent inaperçues.
Le graphe montre le nombre moyen de jours/semaine où une ouverture est susceptible de se produire en fonction du numéro de la semaine dans l'année. En vert : mai, en bleu : juin, en jaune : juillet.
Actuellement il n'existe aucun moyen vraiment efficace pour prédire les ouvertures Es. Les causes de la formation de ces régions fortement ionisées dans la couche E sont mal connues, des hypothèses incriminent la forte activité solaire (mais les ouvertures se produisent également pendant que le cycle solaire est au plus bas), les orages ou les trainées de météorites. Il est fort probable de plusieurs conditions soient nécessaires pour que le phénomène se produise.


Répartition des ouvertures dans la journée

Le graphe ci-contre montre le nombre d'ouvertures constatées sur le DX-cluster 144 MHz par tranche horaire. Les heures sont en temps universel (UTC), il faut y ajouter 1 heure pour avoir l'heure locale de l'Europe continentale de l'ouest.
Le mois de mai est en vert, juin est en bleu, juillet en jaune et août en orangé (2 ouvertures seulement en août sur la période étudiée).
Une évidence : les ouvertures se produisent plus fréquemment en milieu de matinée et en fin d'après-midi avec un creux en milieu de journée.


Réflexion sur une région E-sporadique

L'altitude moyenne où s'établissent les nuages ionisés sporadiques est de l'ordre de 100-130 km. Compte tenu de la rotondité de la Terre, la distance maximale moyenne d'un contact radio par un simple saut est théoriquement de 2100 à 2300 km pour la bande 2 mètres. Sur la bande 6 mètres la distance est un peu plus faible mais deux ou trois sauts peuvent s'enchaîner dans des cas exceptionnels. Des distances plus importantes peuvent être atteintes si d'autres modes de propagation (tropo, par exemple) se combinent avec le mode Es. Le nuage reste parfois fixe pendant toute la durée de l'ouverture et parfois semble se déplacer à plus de cent km/h, provoquant aussi le déplacement des deux zones entre lesquelles un contact peut être établi. La sous-face des nuages n'est ni parfaitement plane, ni parfaitement horizontale et généralement peu stable, ce qui explique en partie le QSB souvent très fort.
Selon la position de la station émettrice (A, B ou C) l'énergie rayonnée vers le nuage sera réfléchie (A et B) ou bien réfractée vers l'espace (C). Seules les stations situées entre AB et A'B' pourront profiter du phénomène de réflexion sur le nuage.

Une ouverture : 17 juillet 2007 de 19h30 à 20h15

Il se produit une quarantaine d'ouvertures significatives par an en Europe, c'est à dire ayant donné l'occasion à plusieurs stations d'établir des QSO signalés sur le DX-cluster. Ce nombre ne signifie pas grand chose car il suffirait que la densité de radioamateurs à l'écoute soit plus importante et mieux répartie pour que le nombre d'ouvertures identifiées soit multiplié par 2 ou par 10.
L'exemple ci-contre est extrait d'une des cartes tracées par Gabriel EA6VQ à partir des informations recueillies par son robot DX-Sherlock sur le DX cluster. Il résume de façon exemplaire une ouverture Es qui a permis à 74 stations (dont seulement 4 françaises) de réaliser 64 QSO en 45 mn. Ne figurent sur ce graphique que les QSO signalés sur le cluster, sans doute une très faible proportion du trafic réellement effectué ce jour là.
Le cercle magenta ajouté au point d'intersection de toutes les traces. Il a un diamètre relatif de 200 km et correspond à l'ensemble des lieux où se sont effectuées les réflexions. On ne peut en conclure que le nuage avait ce diamètre mais que, vraisemblablement, il avait des dimensions ne dépassant pas ce diamètre.
Les stations françaises n'avaient que peu de chances de pouvoir effectuer des contacts car le nuage, situé au dessus de leurs têtes, était transparent à leurs signaux qui l'abordaient avec une angle trop peu rasant.


Distance parcourues le 17/07/2006

Dans l'exemple du 17/07/2006 toutes les liaisons ont été effectuées par un simple saut (en anglais "skip") donc à une distance maximum, pour l'altitude de la couche E, de l'ordre de 2230 km. La distance minimum est d'environ 800 km et la distance moyenne égale 1624 km. On voit sur la courbe que l'ensemble des QSO effectués se répartit selon une distribution normale ce qui montre que le nombre de cas de l'échantillon est suffisant pour une étude statistique.

Une autre courbe intéressante est l'évolution des distances pendant toute la durée de l'ouverture qui s'est étalée de 19h30 à 20h15. Une légère tendance à la hausse (courbe en bleu) de la distance moyenne peut être observée mais on peut en déduire que le nuage était stable pendant toute la durée de l'ouverture.

Répartition des contacts via Es d'une station allemande

Rainer, DF6NA, a placé sur son site la carte de répartition des contacts qu'il a effectués sur la bande 2 mètres via la couche E-sporadique pendant plusieurs saisons. L'extrait ci-contre montre que la quasi totalité des contacts ont été faits à une distance comprise entre 800 et 2300 km selon une distribution semblable à celle des contacts effectués le 17 juillet 2006.