LES PIONNIERS DE LA TÉLÉGRAPHIE SANS FIL

Le 5 Juin 1999, au cours de la "REUNION INTERNATIONALE" de FERMO (Sala dei Ritratti O S. Martino), je reconstituai devant l'assemblée les expériences imaginées par les premiers pionniers de la TELEGRAPHIE SANS FIL de 1873 à 1899. Celles-ci étaient présentées en utilisant en majorité des instruments d'époque et à l'échelle du laboratoire pour ne pas perturber la réception des "ondes" dans le voisinage.

L'invention de ce qui plus tard sera appelé T.S.F., puis RADIO n'a pas été l'œuvre d'un seul homme, pas plus d'une seule équipe ou d'un seul pays. Elle fut d'abord l'œuvre d'une succession de chercheurs désintéressés établis ici ou là, principalement en Europe se passant le relais par l'intermédiaire des Sociétés Savantes. Par la suite, elle fut la tâche de quelques militaires et marins clairvoyants en général mal soutenus. Elle fut aussi, le fait d'industriels et de financiers luttant parfois avec âpreté pour monopoliser un marché prometteur.

MAXWELL - L'aventure des "ONDES" avait commencé en 1873, lors de la publication à Londres du "TRAITE D'ELECTRICITE ET DE MAGNETISME" de James Clerk MAXWELL. Ce grand physicien confirmait la théorie vibratoire de la lumière proposée par FRESNEL en 1818, mais prévoyait également sans pouvoir encore le vérifier, que toute perturbation électrique donnait naissance à des oscillations électromagnétiques de fréquences diverses beaucoup plus basses ou beaucoup plus hautes que celles de la lumière. Elles devaient se propager dans l'espace à une vitesse identique, mais n'étaient pas perceptibles par nos sens.

HERTZ - La vérification des théories de MAXWELL va être faite quinze ans plus tard (en 1888) par Heinrich HERTZ dans la cité Rhénane de Karlsruhe. Installé dans la grande salle de l' "ECOLE SUPERIEURE DES TECHNIQUES", le savant professeur imagine une série d'expériences qui vont rester célèbres.

Une étincelle jaillit entre deux petites sphères de laiton. Simultanément à quelque distance une étincelle minuscule prend naissance dans la coupure d'une spire métallique. Il est ainsi prouvé que les oscillations électromagnétiques sont induites à distance. Les claquements d'étincelles ébranlent l'état électrique et magnétique de l'espace environnant de la même façon que des pierres jetées dans un lac font onduler de proche en proche la surface des eaux. Cette comparaison poétique est à l'origine de l'emploi du mot "ondes'' pour désigner les oscillations électromagnétiques : les ONDES HERTZIENNES ...

Hertz étudia également le mode de propagation et de réflexion des ondes en utilisant des miroirs paraboliques et des prismes de bitume. Il fut emporté par une septicémie le 1^er Janvier 1894 à l'âge de 37 ans. Il n'avait pas envisagé d'applications pratiques à ses découvertes et n'eut pas connaissance de la suite extraordinaire qui allait leur être donnée.

EXPERIENCE de HERTZ - Devant nous l'EMETTEUR. En premier lieu une "bobine d'induction" connue surtout sous la dénomination : bobine de RUHMKORFF. Cet instrument de petite puissance équipée d'un vibreur, porte la marque "DUCRETET". Alimentée au primaire par un accumulateur de 6 volts elle fournit au secondaire environ 20.000 volts. A l'époque, le critère est la longueur de l'étincelle obtenue entre les pointes, à l'extrémité de deux tiges métalliques. Branché sur ce secondaire par deux fils, l'ECLATEUR-OSCILLATEUR apparaît sous la forme de deux petites sphères de laiton mises en regard déplaçables sur un axe pour être rapprochées ou éloignées à quelques millimètres l'une de l'autre. Lorsque la bobine fonctionne, des étincelles courtes mais relativement puissantes jaillissent de façon ininterrompue entre les deux sphères et génèrent les perturbations électromagnétiques. Les deux fines tiges en laiton de un mètre de longueur environ dressées au dessus du petit appareil permettent l'accord (approximatif) sur une fréquence et le rayonnement dans l'espace.

La grosse bobine de marque RADIGUET présentée à côté est du même ordre de puissance que celles qui furent utilisées par DUCRETET dans l'expérience "Tour Eiffel - Panthéon" du 5 Novembre 1898 (4 Km) et par MARCONI dans l'expérience "Douvres - Wimereux" du 28 Mars 1899 (45 Km). Plus tard, des bobines d'une puissance semblable seront installées à bord des navires. Alimentant cette bobine au moyen d'une batterie d'accumulateurs de 12 volts, nous faisons claquer entre deux pointes des étincelles électriques pouvant atteindre 20 centimètres. Nous avons évité de brancher un oscillateur, une antenne et la terre pour ne pas perturber l'environnement.

Le RECEPTEUR appelé RESONATEUR ou BOUCLE DE HERTZ est composé d'un fil métallique replié de forme circulaire, carrée ou rectangulaire. Au niveau d'une coupure de cette spire, une vis micrométrique permet le réglage de l'écartement à une fraction de millimètre. Posé sur un pied, l'instrument peut être déplacé aisément pour trouver positions et distances favorables. Les étincelles qui prennent naissance dans la coupure de la boucle témoignent de l'existence des ondes électromagnétiques et de leur propagation. La portée est de quelques centimètres. Avec des bobines relativement puissantes, Hertz a pu atteindre 13 mètres. L'étincelle est parfois si petite qu'il est nécessaire de l'observer à la loupe et dans l'obscurité.

Thémistocle Calzecchi ONESTI - Professeur de physique au Lycée de FERMO, un bâtiment très proche de celui où sont reconstituées les expériences, il publie en 1884, un mémoire intitulé : "IL NUOVO CIMENTO". Paolo BRENI dans l'une de ses études fait le résumé suivant: "Calzecchi Onesti décrivait un tube à limaille, rempli tour à tour de différentes quantités de poudres métalliques diverses, qu'il étudiait dans un circuit électrique comprenant une pile et un galvanomètre du type Wiedmann. Au lieu du galvanomètre, il utilisa aussi un téléphone du type Bell. Calzecchi Onesti observa que la résistance du tube diminuait après une série d'ouvertures et de fermetures successives du circuit. Pour obtenir ces interruptions, Calzecchi Onesti se servit aussi de l'interrupteur vibrant d'une sonnette électrique placée en série dans le circuit. Pour rétablir la résistance d'origine, Calzecchi Onesti tournait le tube à limaille à l'aide d'une petite manivelle. La résistance de la poudre métallique diminuait aussi de manière notable quand on mettait en communication une des électrodes avec un des conducteurs d'une machine électrostatique de Holz ou par influence électrostatique."

En 1886 Calzecchi Onesti proposa une application pratique de sa découverte : un "avertisseur microsismique". Le tube à limaille mis sous tension devait déclencher une sonnerie dès qu'une micro secousse de la croûte terrestre interrompait le circuit. Le projet ne fut pas réalisé. Pionnier de l'étude des propriétés des limailles, Calzecchi Onesti dut abandonner ses recherches avant d'avoir apparemment constaté l'action à distance de l'étincelle électrique sur la limaille. "Il accepta de s'occuper de l'éducation de ses deux sœurs sourdes et muettes auxquelles il se consacra pendant plusieurs années, avec beaucoup de succès." (P. Brenni)

EXPERIENCE de CALZECCHI ONESTI - Un circuit électrique est composé en reliant en série :

1°- Un tube de verre de 4 mm de diamètre intérieur contenant environ 1 mm de limaille de fer entre deux tiges de laiton.

3°- Un GALVANOMETRE de démonstration de type "Bourbouze" fabriqué par "Ducretet".

Au départ, l'aiguille du galvanomètre reste sur la graduation 0. La résistance de la limaille est très élevée.

Après une série de contacts et de ruptures faits entre les deux extrémités du tube à limaille au moyen d'un conducteur, la résistance chute. L'aiguille du galvanomètre dévie fortement et reste dans cette position.

Les mesures que nous avons pu faire, hors démonstration publique, avec un ohmmètre donnent les résultats suivants :

Avant chaque expérience nous heurtons légèrement le tube, avec un crayon par exemple. Nous constatons alors une résistance très importante de l'ordre de 2 mégohms.

Expérience 1 - En reliant avec un conducteur à plusieurs reprises les deux bornes du tube à limaille nous constatons une réduction de la résistance à environ 100 ohms.

Expérience 2 - Après introduction répétée d'une pile de 9 volts dans le circuit, la résistance ne dépasse plus 50 ohms.

Expérience 3 - Le contact direct de l'une des bornes du tube avec un "électrophore de Volta" chargé fait chuter la résistance de 2 mégohms à 50 ohms.

Edouard BRANLY - Professeur de Physique à l'Institut Catholique de Paris, il est en 1890 âgé de 46 ans lorsqu'il fait à l'Académie des Sciences la communication qui le rendra célèbre : "VARIATION DE CONDUCTIBILITE SOUS DIVERSES INFLUENCES ELECTRIQUES".

Depuis l'époque de sa thèse sur l' "étude des phénomènes électrostatiques dans les piles" (1873) il fait de nombreuses recherches, en particulier sur la conductibilité électrique des métaux. Il s'intéresse aux curieux changements de résistance de certains conducteurs au passage de l'électricité lorsqu'un arc électrique est mis en fonctionnement à proximité. Le même phénomène se produit lorsqu'une étincelle claque au moment de la décharge d'une "bouteille de Leyde" nous dirions "condensateur". Il a imaginé et réalisé de nombreuses expériences puis rangé dans des boites des plaques de verre ou d'ébonite recouvertes d'une couche de divers métaux porphyrisés ou de lames métalliques minces, quantités de poudres, limailles, grenailles. Il a soigneusement consigné ses observations dans des carnets. Dans sa communication à l'Académie des Sciences de Paris du 24 Novembre 1890, il précise notamment :

" J'ai employé aussi comme conducteurs de fines limailles métalliques, de fer, aluminium, antimoine, cadmium, zinc, bismuth, etc., quelquefois mêlées à des liquides isolants. La limaille est versée dans un tube de verre ou d'ébonite, où elle est comprise entre deux tiges métalliques. " Si l'on forme un circuit comprenant un élément Daniell, un galvanomètre à long fil et le conducteur métallique, plaque d'ébonite cuivrée ou tube à limaille, il ne passe le plus souvent qu'un courant insignifiant; mais il y a une diminution brusque de résistance accusée par une forte déviation, quand on vient à produire dans le voisinage du circuit une ou plusieurs décharges électriques. Je fais usage, à cet effet, soit d'une petite machine de Wimshurst, avec ou sans condensateur, soit d'une bobine de Ruhmkorff, soit de l'excitateur qui m'a servi dans l'étude des déperditions positive et négative par la lumière (Comptes rendus, séances des 8 et 28 avril 1890). L'action diminue quand la distance augmente, mais elle s'observe très aisément et sans précautions spéciales à quelques mètres de distance. En faisant usage du pont de Wheatstone, j'ai pu constater cette action à plus de 20 m, alors que l'appareil à étincelles fonctionnait dans une salle séparée du galvanomètre et du pont par trois grandes pièces et que le bruit des étincelles ne pouvait être perçu. " Les variations de résistance sont considérables avec les conducteurs que j'ai cités; elles sont, par exemple, de plusieurs millions d'ohms à 2000 ou même à 100, de 150000 à 500 ohms, de 50 à 35, etc. La diminution n'est pas passagère, elle persiste parfois plus de vingt-quatre heures. Dans un premier examen du phénomène, je n'ai pas suivi les modifications de la substance sensible abandonnée à elle-même après l'action de l'étincelle. " Notons, en terminant, que dans tous ces essais l'emploi des plaques d'ébonite recouvertes de cuivre ou de mélanges de cuivre et d'étain était moins commode que l'emploi des limailles; en effet, avec les plaques cuivrées, je n'ai pas réussi à rétablir à volonté la résistance primitive après l'action de l'étincelle ou après l'action d'un courant, tandis que, avec les tubes à limailles, on supprime à peu près complètement la variation de résistance par divers procédés, notamment en frappant quelques petits coups secs sur la tablette qui supporte le tube ⁽¹⁾. "

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⁽¹⁾Je dois remercier M. Gendron du zèle avec lequel il m'a assisté dans ces recherches.

BRANLY nommait ses tubes "RADIOCONDUCTEURS" pour rappeler "que leur conductibilité s'établit sous l'influence du rayonnement électrique qui émane d'une étincelle". Il inventera en 1902 le détecteur d'ondes dit "Trépied à Disque", qui sera peu utilisé, fut le pionnier de la "TELEMECANIQUE SANS FIL" (la radiocommande actuelle), poursuivit longtemps des recherches sur les "contacts imparfaits" et vécut honoré jusqu'à l'âge de 96 ans (1940).

EXPERIENCE DE BRANLY - Le circuit récepteur (TUBE A LIMAILLE - PILE - GALVANOMETRE) est le même que celui qui a été présenté dans l'expérience précédente. Un fil de laiton de 60 cm environ est ajouté sur l'une des électrodes du tube à limaille pour faciliter la démonstration, le galvanomètre de BOURBOUZE étant moins sensible que les galvanomètres à cadre mobile ou le pont de WHEATSTONE utilisés au cours des recherches.

L'émetteur est soit une machine électrostatique de WIMSHURST avec ou sans bouteilles de Leyde, soit la petite bobine de RHUMKORFF équipée de son éclateur oscillateur déjà utilisés pour l'expérience de HERTZ. En faisant fonctionner l'un ou l'autre de ces instruments éloignés de quelques mètres du circuit récepteur, on constate immédiatement une forte déviation de l'aiguille du galvanomètre. Celle-ci reprend sa position au centre, graduation 0, lorsque nous frappons un petit coup sec sous le tube.

Pour la première fois une action mécanique importante était déclenchée volontairement à distance, à travers les murs sans aucun lien matériel.

Olivier LODGE - Dans un premier temps, le retentissement de la découverte de Branly est faible. On commence véritablement à s'y intéresser à partir de 1894, lorsque le 1^er Juin, le professeur Olivier LODGE de l'Université de Liverpool, reproduit les expériences de Hertz devant les membres de la "Royal Institution" de Londres. L'oscillateur est semblable à celui du savant allemand déjà décrit, par contre, la boucle réceptrice très peu sensible est remplacée par un tube de Branly qui prend le nom de "COHEREUR". A 36 mètres de l'émetteur, l'aiguille du galvanomètre est déviée. La "DECOHESION" ou remise de la limaille dans son état initial, est obtenue au moyen d'un trembleur actionné par un mouvement d'horlogerie. Trois mois plus tard, au cours d'une conférence à OXFORD, une portée de 130 mètres est obtenue. Savant désintéressé comme Branly, Lodge ne pensa pas à transmettre des signaux télégraphiques et poursuivit des recherches de haut niveau sur les ondes électromagnétiques.

POPOV - MARCONI - DUCRETET - Les premiers signaux de TELEGRAPHIE SANS FIL ont apparemment été transmis au printemps de l'année 1895 par POPOV et MARCONI. L'un en Russie, l'autre en Italie, ils s'inspiraient également des travaux de Lodge. Nous n'entrerons pas dans la polémique qui sépare les inconditionnels de l'un et de l'autre.

POPOV âgé de 36 ans, professeur de physique des officiers de la Marine Russe a fait une expérience le 7 Mai 1895 devant la Société Russe de Physique et de Chimie de St Petersbourg, puis le 24 Mars 1896, il transmettait à 250 mètres en Morse, le nom de "Heinrich Hertz".

MARCONI, très jeune, il avait 22 ans, réalisa des expériences à la même époque dans la propriété familiale de la "Villa Griffone" près de Bologne, puis il les poursuivit en Angleterre. C'était le début d'une brillante carrière.

DUCRETET, fabricant d'appareils scientifiques pour les écoles et laboratoires à Paris depuis 1864, livre le matériel nécessaire à la reproduction des expériences de HERTZ, BRANLY et LODGE, dans des délais très courts après les découvertes. Sollicité par POPOV, il fut l'un des premiers à fabriquer du matériel de Télégraphie Sans Fil et effectua lui-même des expériences.

Bien d'autres chercheurs comme TESLA aux Etats-Unis, RIGHI en Italie, BRAUN et SLABY en Allemagne ... figurent au nombre des premiers acteurs de cette aventure.

Le TRANSMETTEUR ou EMETTEUR est toujours semblable dans le principe à celui de HERTZ. Une bobine de RUHMKORFF produit un courant de tension électrique élevée. Chacune des bornes de l'ECLATEUR-OSCILLATEUR est reliée à un fil. L'un est l'ANTENNE, l'autre le FIL DE TERRE. Ajoutons à cela un MANIPULATEUR MORSE qui permet de cadencer le fonctionnement de la bobine en BREVES et en LONGUES du Code Morse.

La pièce centrale du RECEPTEUR est bien entendu le TUBE A LIMAILLE (1 mm de limaille de fer non comprimée entre deux électrodes). L'un des pôles est relié à l'antenne, l'autre à la terre. Ce tube est intercalé dans un circuit électrique comprenant également une PILE de faible tension (0,5 à 1,5 Volts) et un RELAIS SENSIBLE.

Lorsqu'une onde impressionne le tube à limaille, celui-ci devient conducteur et fait dévier le relais.

1°- la mise en marche d'une sonnerie qui frappe sur le tube à limaille pour obtenir sa "décohésion" à la fin de chaque signal.

2°- le fonctionnement de l'un des appareils Morse bien connus à l'époque, utilisés depuis plus de 50 ans, mais qui jusqu'alors sont obligatoirement reliés entre eux par une pesante infrastructure de fils de fer galvanisés, de poteaux de bois, d'isolateurs de porcelaine, de câbles sous marins. Le message s' inscrit en points et en traits sur une étroite bande de papier.

Dans ce genre de transmission, les traits du Code Morse ne sont pas une ligne continue comme dans les appareils à fils, mais une série de points rapprochés. Il est nécessaire de ralentir la vitesse de déroulement de la bande de papier et même la vitesse de transmission pour éviter toute confusion. Ducretet annonçait une vitesse de "un tiers de celle des récepteurs Morse habituels reliés par fils". Il estimait qu'il était possible de transmettre 10 à 12 fois à la minute le mot PARIS en possédant bien la pratique des appareils.

Aucun dispositif de "syntonisation", c'est à dire de réglage de l'émetteur et du récepteur sur une fréquence bien déterminée, n'est encore prévu. Seule la longueur de l'antenne et sa disposition permettent un "accord'' approximatif.

Tout n'était donc pas parfait mais la preuve était faite. La TELEGRAPHIE HERTZIENNE SANS FIL était possible. De nombreux adeptes convaincus allaient lui faire connaître un développement extraordinaire.

J'espère que la lecture de ce document sur les pionniers de la TSF vous a plu ...