Le module 4 apporte des informations sur certains aspects techniques des télécommunications et ce qui en décode au plan opérationnel. Les étudiants acquerront une connaissance de base des éléments techniques indispensables au choix des moyens les plus appropriés lors de l'élaboration de plans de préparation; ces informations les aideront également à utiliser au mieux l'équipement et les réseaux susceptibles d'être mis à disposition dans une situation d'urgence. Les étudiants ayant quelques connaissances de physique élémentaire n'auront sans doute pas de mal à mener très rapidement à bien le travail prévu dans ce module et seront peut‑être surtout intéressés par les liens renvoyant vers des informations sur des aspects plus avancés de la technologie de la télécommunication. On trouvera en annexe à ce module quelques lignes directrices de base pour l'exploitation de réseaux privés de radiocommunication.

4.1        Qu'entend-on par mode analogique et mode numérique de télécommunication?

Sur le réseau téléphonique fixe, un signal vocal est acheminé sous la forme d'un courant électrique se modifiant au rythme des ondes audio. On appelle ce type de transmission transmission analogique car le contenu en informations conserve sa forme originale (ondes sonores dans l'air) même lorsqu'il est acheminé sur un autre support (courant électrique par câble).

Les informations peuvent également être converties en mode numérique. Ce mode est en fait plus ancien que la téléphonie fixe comme le montre l'exemple du code Morse qui était déjà utilisé dans les premiers systèmes télégraphiques et qui convertit les lettres en signaux sous forme d'une suite d'impulsions, la liaison télégraphique n'établissant de différence qu'entre la présence ou l'absence du courant. En termes mathématiques cela revient à dire que toute l'information est représentée par les chiffres un et zéro.

Les modes numériques présentent l'intérêt de convenir davantage au traitement électronique de l'information mais ils exigent la transformation ou la conversion du contenu à l'extrémité émettrice et à l'extrémité réceptrice.

La transmission de texte se fait presque exclusivement en mode numérique. Dans de nombreux cas, notamment dans celui des téléphones cellulaires, la voix elle‑même est convertie en signaux numériques. La complexité accrue de l'équipement nécessaire est largement compensée par un gain en efficacité du réseau numérique et par les fonctions supplémentaires qu'il rend possibles.

4.2        Qu'en est-il de la radio?

Lorsque l'on a demandé à Albert Einstein d'expliquer le fonctionnement des communications radioélectriques, il a répondu: "Voyez-vous, la télégraphie par fil c'est un peu comme un chat très très long. Vous lui tirez la queue à New York et sa tête miaule à Los Angeles. Vous comprenez? Eh bien la radio ça fonctionne exactement de la même manière: vous envoyez des signaux ici, ils sont reçus là‑bas. La seule différence, c'est qu'il n'y pas de chat".

En réalité, les choses sont un peu plus compliquées mais pour comprendre ce que peut et ne peut pas faire un équipement radio pour assurer des télécommunications d'urgence, nous devons comprendre certains principes de base.

Les ondes sonores se propagent sous la forme de mouvements des molécules de l'air. Les courants électriques se propagent dans des matériaux conducteurs tels que les fils métalliques. Les ondes sonores ne peuvent sortir de l'atmosphère ou voyager dans le vide mais les ondes électriques peuvent, dans certaines circonstances, sortir des fils par où passe un courant électrique. Elles ne le font que si le courant change très rapidement de sens; un tel courant est appelé courant alternatif. La vitesse du changement de sens du courant est appelée la fréquence d'une onde radioélectrique. L'équipement qui produit un tel courant aux changements rapides est appelé l'émetteur; quant à l'antenne émettrice, c'est le fil d'où sortent les ondes radioélectriques. A l'autre bout d'une liaison radioélectrique, les ondes transmises produisent un courant électrique très faible dans un fil semblable, l'antenne réceptrice. Un autre appareil, le récepteur, amplifie ce courant et le transforme en un signal qui peut alors être traité.

Jusque‑là tout va bien. Tout ce que l'on saura à l'extrémité réceptrice c'est si l'émetteur est ou non allumé. Pour utiliser les ondes radioélectriques comme vecteurs de l'information, nous avons besoin de les moduler: nous devons influer sur leurs caractéristiques de telle manière que l'information "écrite" sur ces ondes du côté de l'émission puisse être "lue" à l'extrémité réceptrice. Dans le cas des télécommunications, les ondes radioélectriques ressemblent au papier sur lequel on écrit une lettre et l'information peut être rédigée dans des langues ou des codes différents. La manière la plus facile de faire passer le message sur l'onde radioélectrique consiste à allumer et éteindre l'émetteur, ce qui nous permet de transmettre des impulsions, un code, dont le sens est connu aux deux bouts de la liaison. Ce que nous avons alors c'est ce que l'on appelait la "télégraphie sans fil" et le code Morse est une "langue". [illustration 4.1]

On peut toutefois aller plus avant en faisant varier les caractéristiques d'une onde radioélectrique, par exemple selon le rythme du signal audio. Nous avons alors ce que l'on appelait naguère la "téléphonie sans fil". Modifier la force ou l'amplitude d'un signal radioélectrique provoque une "modulation d'amplitude", le mode si couramment employé pour les émissions radio à ondes courtes que l'on dit généralement modulation d'amplitude pour parler des bandes à ondes courtes, moyennes et longues que ce mode utilise.

Modifier la fréquence d'une onde radioélectrique au rythme de la modulation aboutit à ce que l'on appelle la "modulation de fréquence" (FM). Nous utilisons tous cet acronyme pour les émissions VHF simplement parce que la modulation de fréquence est le type de modulation le plus couramment utilisé pour les émissions haute fidélité. L'équipement de communication en usage sur le réseau VHF et UHF utilise lui aussi généralement la FM ce qui fait que la qualité sonore est souvent meilleure que celle des réseaux à ondes courtes utilisant la modulation d'amplitude ou ses dérivés. Un de ces modes est le BLU (bande latérale unique) utilisé dans la plupart des liaisons de communication vocale sur ondes courtes.

Les modes numériques sont également très efficaces lorsque la transmission se fait sur des ondes radioélectriques. Les liaisons radioélectriques numériques utilisent des variations rapides entre les deux états d'une liaison, la présence ou l'absence d'ondes radioélectriques, ou des variations entre deux caractéristiques, par exemple entre une amplitude ou une fréquence haute et faible.

La fréquence d'une onde radioélectrique peut également s'exprimer en termes de longueur d'onde. Les ondes radioélectriques se propagent à la vitesse de la lumière et leur longueur d'onde est la distance qu'elles parcourent par unité de temps divisé par le nombre de variations survenues pendant la même période. Les fréquences sont mesurées en termes de variations ou de cycles par seconde; une variation par seconde est appelée "un hertz" d'après le nom du chercheur allemand Heinrich Hertz qui, le premier, a décrit les caractéristiques des ondes électriques. Des unités plus pratiques sont utilisées pour parler des ondes radioélectriques lorsqu'un très grand nombre de cycles se produisent par seconde: comme pour les autres unités du système métrique, le préfixe "kilo" est utilisé pour 1 000 unités, le préfixe "méga" pour un million d'unités. Les termes kilohertz (kHz) et mégahertz (MHz) sont les unités les plus employées. [illustration 4.2]

La manière dont les ondes radioélectriques se propagent dépend de leur fréquence ou de leur longueur: plus la fréquence est élevée, plus les caractéristiques de leur propagation se rapprochent de celles de la lumière visible. Les ondes VHF et encore plus UHF se déplacent en ligne droite et ne sont réfléchies que par des objets possédant des caractéristiques physiques particulières. Des obstacles tels que les collines ou les bâtiments projettent une "ombre", correspondant à une région dans laquelle les ondes ne peuvent être reçues.

Les ondes courtes suivent dans une certaine mesure les contours du terrain. De plus, les couches supérieures de l'atmosphère de la terre les réfléchissent. Le degré de réflexion dépend de l'angle sous lequel elles atteignent les couches réfléchissantes mais également des caractéristiques physiques de ces dernières. Celles-ci varient selon l'heure du jour, la saison et l'activité solaire (notamment en fonction des taches solaires). Afin d'utiliser efficacement les ondes courtes pour des communications à grande distance, il faut avoir une connaissance de base des facteurs qui influent sur la propagation des ondes radioélectriques et avoir recours à des opérateurs expérimentés. Dans des conditions favorables, il est possible d'établir des communications à ondes courtes de portée mondiale sans avoir besoin d'une puissance supérieure à celle d'une lampe torche. [illustration 4.3]

Même des ondes plus longues telles que celles utilisées par les services de radiodiffusion en modulation d'amplitude ou ceux sur "ondes moyennes" et "grandes ondes" ne sont pas réfléchies par l'atmosphère. La distance que parcourt l'"onde au sol" jusqu'à ce que son énergie soit absorbée limite donc sa portée. Dans ce cas aussi, cette absorption dépend de l'existence de certaines conditions dans l'atmosphère; de nuit, la portée des ondes radioélectriques plus longues augmente normalement.

L'utilisation d'une fréquence différente pour chaque liaison radioélectrique permet au récepteur de distinguer les signaux provenant d'émetteurs différents. Non seulement la sensibilité mais également la sélectivité d'un récepteur constituent un critère essentiel permettant de déterminer sa performance. Tout aussi important est la qualité de l'antenne, un point que nous étudierons dans le chapitre suivant.

4.3        Quelques conséquences pratiques

Dans le module 3, nous avons étudié différents systèmes et leur application. Grâce aux explications techniques apportées dans le chapitre ci-dessus, nous comprendrons mieux maintenant ce qui justifie d'utiliser des systèmes différents selon le but poursuivi.

Des antennes adéquates sont indispensables pour toutes les radiocommunications. Comme nous l'avons vu plus haut, l'équipement VHF est généralement plus petit et plus léger que l'équipement à ondes courtes. Cela vaut en particulier pour les antennes. Une antenne doit avoir des dimensions bien définies pour émettre ou recevoir efficacement les ondes d'une longueur donnée. Pour avoir une taille optimale, une antenne verticale doit mesurer en longueur un quart de la longueur d'onde: pour un émetteur-récepteur VHF, cette règle fait que l'antenne doit avoir une longueur de l'ordre de 50 cm, voire moins pour l'équipement UHF. Pour une station portable mobile à ondes courtes, une antenne verticale mesurant un quart de la longueur d'onde peut être peu pratique car elle va mesurer entre 2,5 et 25 m de longueur.

Il existe des manières de réduire les dimensions physiques d'une antenne mais son efficacité s'en trouve inévitablement diminuée. Les antennes courtes à revêtement de caoutchouc couramment utilisées pour les émetteurs-récepteurs VHF portables sont un exemple de ce genre de compromis: le câble d'antenne proprement dit mesure toujours un quart de la longueur d'onde mais il est enroulé en spirale autour d'un bout de tige ou de tuyau en caoutchouc. Les téléphones mobiles ont recours à des techniques semblables pour raccourcir l'antenne jusqu'au point de la loger à l'intérieur du téléphone lui-même mais, en raison de la haute densité des stations de base cellulaires, la perte d'efficacité d'antenne qui s'ensuit est d'ordinaire acceptable. Sur un émetteur-récepteur VHF portable, une antenne droite de longueur normale sera peut-être moins commode mais assurera une portée de communication bien meilleure.

Par ailleurs, utiliser des antennes qui concentrent les ondes radioélectriques dans une direction permet d'obtenir un gain effectif comparable à celui que l'on peut obtenir en augmentant la puissance de l'émetteur. Pour les longueurs d'ondes utilisées dans les communications VHF, ce genre d'antenne directive n'est pas pratique pour des appareils portables ou mobiles mais peut être installé sur une station de base pour orienter le trafic dans une direction particulière ou bien être doté d'un dispositif d'entraînement rotatif permettant de changer de direction. Les antennes directives sont tout aussi utiles pour l'émission que la réception et le type le plus connu est celui des antennes de télévision courantes. Un gain d'antenne peut également être obtenu en concentrant le rayonnement de l'antenne verticalement; ces antennes émettent moins d'énergie vers le ciel et la concentrent sur un angle horizontal tout en conservant leur nature omnidirectionnelle. On les trouve le plus souvent dans des stations de base et répéteurs VHF. A très haute fréquence, on peut même utiliser un réflecteur parabolique; une parabole de ce type concentre les ondes radioélectriques de la même manière qu'un réflecteur optique ou un miroir concentre la lumière dans une lampe de poche.

Les mêmes principes s'appliquent aux ondes courtes. Une antenne qui physiquement mesure moins d'un quart de la longueur d'onde sera toujours moins efficace qu'une antenne complète; les antennes directives peuvent augmenter considérablement la portée d'une station. Parmi les antennes à ondes courtes les plus efficaces figurent les antennes dites à faisceau qui ressemblent à des antennes géantes de télévision: les éléments qui les composent ont normalement de 5 à 20 mètres de long. Il existe un type spécial d'antennes de ce genre que l'on appelle antennes logarithmiques périodiques qui offre un très fort rendement sur une gamme très large de fréquences. On peut également fabriquer une antenne à ondes courtes avec des fils suspendus entre des mâts, des arbres ou des bâtiments.

Deux règles de base s'appliquent à toutes les antennes:

Comme toutes les règles, celle-ci a ses exceptions: il existe des antennes large bande et dans certaines situations une position plus basse d'une antenne à ondes courtes peut améliorer la communication sur une distance donnée. Les antennes à large bande n'en restent pas moins un compromis entre la commodité d'utilisation et la performance optimale et tout écart par rapport au principe "plus on est haut mieux c'est" doit être analysé par un technicien chevronné. Comme exception à la deuxième règle, on peut citer les antennes utilisées pour les communications par satellite: la hauteur au‑dessus du sol n'est pas un facteur déterminant tant que le trajet jusqu'au satellite n'est pas gêné par des obstacles tels que des bâtiments ou des accidents de terrain.

Lorsqu'on envisage d'utiliser des équipements de télécommunication dans des situations d'urgence, il faut veiller tout particulièrement à la façon dont ces équipements sont alimentés. L'infrastructure du réseau d'alimentation électrique en courant alternatif peut être touchée par les dommages physiques qu'une catastrophe peut occasionner à des mâts, des fils ou des câbles. Des systèmes de sécurité automatiques gèrent toutes les fonctions et, dans certaines conditions, coupent le fonctionnement des parties du réseau qui ne sont pas directement touchées par la catastrophe. Une réduction importante et soudaine de la consommation d'électricité résultant de perturbations ou d'une déconnexion de certaines parties du réseau peut, à son tour, engendrer un arrêt automatique des générateurs, ce qui affecte également les parties d'un réseau qui ne sont pas directement touchées par une catastrophe.

Dans tous ces cas, les systèmes de télécommunication seront touchés à moins qu'ils ne soient alimentés par d'autres sources. Les piles sont la solution de remplacement la plus évidente mais leur capacité et la durée pendant laquelle elles peuvent fournir du courant sont limitées. La capacité d'une pile est calculée en ampère-heure, produit du courant disponible par la durée pendant laquelle ce courant peut être fourni. La "capacité électrique" d'une pile se mesure en ampère-heure (Ah).

Il existe deux types de piles fondamentalement différentes qui ont chacun leurs avantages et leurs inconvénients lorsqu'elles sont utilisées dans des situations d'urgence. Les piles couramment utilisées pour les lampes de poche ne sont pas rechargeables. Une réaction chimique dans ces piles crée un courant électrique jusqu'à épuisement des substances entre lesquelles la réaction se produit. Dans les piles rechargeables, par exemple les batteries de voiture mais aussi les piles alimentant la plupart des téléphones mobiles et qu'il est plus correct d'appeler "accumulateurs", le processus chimique est réversible: utiliser ou décharger un accumulateur inverse le processus de chimique de charge sans affecter en permanence les substances réactives. Souvent après un nombre important de cycles de charge et de décharge, un accumulateur utilisera progressivement sa capacité à stocker de l'énergie.

Les piles non rechargeables sont les piles les mieux indiquées pour des utilisations très occasionnelles ou comme rechange. Elles peuvent se conserver habituellement plusieurs années et peuvent donc être utilisées immédiatement. Pour des utilisations plus fréquentes, par exemple pour les batteries de voitures, les accumulateurs sont de loin préférables. Pendant toute leur durée de vie, ils peuvent être réutilisés des milliers de fois à condition de les recharger régulièrement. S'il est stocké très longtemps, un accumulateur perdra toutefois lentement sa capacité à moins d'être rechargé régulièrement. Pour pouvoir être utilisés dans des situations d'urgence, les accumulateurs doivent donc être régulièrement inspectés.

La taille et la capacité des piles non rechargeables sont limitées. Ces piles sont indiquées uniquement pour de petits équipements de télécommunication, généralement pour des émetteurs-récepteurs portables ou portatifs en ondes métriques ou décimétriques si ce type d'équipement est utilisé exclusivement dans des situations d'urgence. Pour pouvoir utiliser l'équipement au-delà de quelques heures, il faut pouvoir disposer de suffisamment de piles de rechange. [exemple 4.3]

Dans la plupart des cas, les équipements peu gourmands en énergie utilisent des accumulateurs. S'ils sont utilisés en situation d'urgence, il faut assurer une maintenance régulière. S'ils sont rechargés régulièrement, ces accumulateurs peuvent couvrir les besoins énergétiques pendant de longues périodes. S'ils ne sont pas rechargés, ils ne sont pas plus utiles que des piles non rechargeables qui ne s'utilisent qu'une fois. Pour cette raison mais aussi compte tenu de leur capacité limitée, même pour des accumulateurs très gros et très lourds, il faut envisager d'autres sources d'alimentation en situation d'urgence.

Les générateurs alimentés par des moteurs à essence permettent de couvrir des besoins énergétiques importants sur de longues périodes. On en trouve dans toutes les tailles, depuis les petits générateurs portables fournissant juste assez de courant pour alimenter quelques sources de lumière ou d'autres petits appareils jusqu'aux équipements fixes qui couvrent tous les besoins en électricité d'un grand bâtiment ou les besoins en situation d'urgence. Le choix du type de moteur doit être dicté par la disponibilité du carburant; le transport et la manipulation du carburant diesel sont moins dangereux que ceux de l'essence et, sauf pour de très petits générateurs, les moteurs diesel devraient être privilégiés.

Les autres sources d'alimentation électrique trouvent des applications dans le domaine des télécommunications d'urgence, uniquement à plus long terme. L'installation de panneaux solaires ou de générateurs éoliens nécessite en effet des compétences techniques et une main‑d'oeuvre dont on ne dispose pas généralement dans des situations d'urgence. Ces sources d'énergie gratuite et renouvelable constituent toutefois des choix excellents pour les équipements qui sont exploités dans des lieux reculés sur de longues périodes. Les stations de répéteurs en ondes métriques ou décimétriques sont des exemples types. Leurs accumulateurs seront rechargés à intervalles réguliers, chaque fois que les conditions météorologiques le permettront. Autre solution, les petits générateurs avec système d'entraînement manuel ou à pédales mais leur capacité est très limitée. Les générateurs manuels ont trouvé récemment des applications uniquement pour la radio à manivelle ("wind up radio"), petit récepteur de radiodiffusion à transistors alimenté par un générateur à manivelle et pour les petites lampes de poche de secours. Il existe également un petit générateur permettant de charger l'accumulateur d'un téléphone mobile.

Parmi les nouvelles technologies, on peut citer les piles à combustible qui produisent de l'énergie électrique à partir de l'hydrogène et de l'oxygène et même les générateurs utilisant des procédés nucléaires. Ces solutions pourront être utilisées dans les télécommunications d'urgence dans les toutes prochaines années. Pour l'instant, elles sont encore beaucoup trop complexes pour pouvoir être déployées rapidement en situation d'urgence.

4.4        Utilisation des équipements de télécommunication d'urgence

Les bases techniques données ci-dessus devraient essentiellement faciliter le choix de l'équipement approprié. Pour l'utilisateur, elles seront peut-être d'un intérêt limité. En effet, ce qui lui importe avant tout c'est la fiabilité des communications.

Les équipements de télécommunication d'urgence doivent être conviviaux. Chacun peut être amené à utiliser un équipement de communications personnelles mobile. Il est donc indispensable d'être formé à leur utilisation. Cette formation porte moins sur les aspects techniques que sur les procédures de fonctionnement: le conducteur d'une voiture n'a en effet pas besoin d'en savoir beaucoup sur les caractéristiques techniques de son véhicule mais il a besoin de maîtriser son fonctionnement et le code de la route. Seul un équipement spécialisé nécessite des opérateurs professionnels bien formés et le maintien d'un véhicule en bon état de marche est confié à un mécanicien professionnel. L'utilisateur d'équipements de télécommunication d'urgence doit être formé à leur fonctionnement ainsi qu'aux règles régissant l'acheminement du trafic sur le réseau. Seul un équipement particulier, par exemple un réseau de transmission de données ou un réseau par satellite, nécessite le savoir-faire d'un opérateur qualifié et la maintenance de l'équipement et de l'infrastructure du réseau relève d'un spécialiste des télécommunications.

[annexe 4.4]

Les règles d'acheminement du trafic ne sont utiles que si elles sont appliquées uniformément. Des travaux pratiques permettent aux utilisateurs d'acquérir les gestes de routine. Ainsi, les moyens de communication seront un atout et non un fardeau pour l'utilisateur, s'il doit intervenir en situation d'urgence ou dans des opérations de secours en cas de catastrophe.

Un système de télécommunication d'urgence qui fonctionne de la même façon qu'un équipement que l'on utilise tous les jours devient convivial. Un réseau de données en ondes métriques, décimétriques ou décamétriques, utilisant un matériel et un logiciel Internet standard permet à l'utilisateur d'appliquer les mêmes procédures que celles qu'il connaît bien lorsqu'il se branche sur Internet depuis son ordinateur, à son domicile ou au bureau. [illustration 4.4] [illustration 4.5]

Dans le module suivant (module 5), nous examinerons les lois et les règlementations régissant toutes les télécommunications ainsi que les conséquences que ces instruments ont sur l'utilisation de ces systèmes dans différentes situations. Nous reviendrons également sur les sujets traités dans les modules précédents et nous essayerons d'élaborer quelques lignes directrices pour appliquer concrètement ce que nous avons appris.