Topologie

Approche géodynamique et étude géologique
de mon site radioamateur

Par Hervé GOETGHEBEUR, F6UGW

Comme chacun le sait - ou presque - la Terre n’est pas sphérique ! Mais sa forme correspond plus à un ellipsoïde de révolution aplati aux pôles ; et présente un renflement équatorial. Clairaut, dès 1743, a estimé le coefficient d’aplatissement polaire, de cet ellipsoïde, à une réduction, du rayon polaire (6 357 km), de 1/298 pour un rayon équatorial de 6 378 km, soit une différence de 21 km (6 378 – 6 357): coefficient qui a été – en partie - corrigé depuis. Il en a même proposé une expression mathématique," théorème de Clairaut". Ainsi, 70% de la surface terrestre est confondu avec celle de la surface océanique.

Structure générale de la Terre :

Celle-ci n’est donc pas régulière, et de nombreux creux et bosses jalonnent toute la surface terrestre : cette forme irrégulière rappel fortement la physionomie des terres émergées. Ces variations d’altitude, de la forme terrestre et des distances, entre les différents points de sa surface, constituent un domaine d’étude nommé géodésie.

Analyse géologique de la Terre :

On définit le géoïde comme une surface équipotentielle - au même niveau - de pesanteur qui coïncide avec le niveau d’équilibre des océans, en principe d’altitude 0, et qui se prolonge sur les continents: c’est en fait une surface fictive (en bleu) qui présente deux particularités majeures :

• Elle est, en tout point, perpendiculaire à la direction locale de la pesanteur.
• Le travail, qui est lié à la force de pesanteur, au cours de tout déplacement à sa surface, est nul.

Le long de cette surface, l’intensité de cette pesanteur n’est pas forcément constante ; c’est une surface équipotentielle de pesanteur, et non une surface de pesanteur égale (isopesanteur). Ce géoïde est donc une des formes de la Terre ; c’est aussi une forme gravimétrique de référence – voir les figures 3.2 (a et b).

Distribution topographique de la Terre :

Notre Terre est caractérisée par sa topographie : forme, altitude et bathymétrie pour les fonds marins. Ou encore par les caractéristiques des chaînes montagneuses sur les continents, les dorsales et les fosses dans les océans. Elle présente donc des altitudes ou des profondeurs différentes, voir figure 1.4 (a et b). Ces secteurs représentent des sites majeurs, d’un point de vue géodynamique, dont certains développements actifs entretiennent leurs incohérences topographiques.

Densité des matériaux géologiques :

La densité est un élément physique qui dépend de la nature des milieux géologiques. La densité d'un corps, est, par définition, le rapport entre la masse volumique, de ce même corps, et de la masse volumique de l’eau ; cette valeur, qui caractérise la densité, n’a pas d’unité : elle est sans dimension. Alors que la masse volumique s’exprime, quant-à-elle, en km.m^-3. La distinction entre la densité et la masse volumique n’existe pas en anglais, ou le mot « density » est toujours donné avec une unité qui correspond à la masse volumique. Le tableau 2.1, énumère quelques valeurs de densité ; suivant les matériaux constituants la matière terrestre.

Importance du sol en radiocommunication :

Le sol joue un rôle important dans le transfert des ondes électromagnétiques. Cette propagation de l’onde, épouse les configurations de la Terre : courbures, reliefs, etc., (Voir la figure 1.1). Dans la grande majorité des cas, l’antenne n’est pas toujours installé en espace libre - c'est-à-dire bien dégagé - et au-dessus de tout obstacle, mais au voisinage du sol. Ce dernier, est plus ou moins bon conducteur selon sa nature. Celle-ci réfléchit l’énergie haute fréquence (HF) rayonnée, de sorte qu’elle revient exciter l’antenne, avec un certain temps de retard, suivant l’importance de la longueur d’onde, et selon le trajet.

Conductibilité du sol :

Il y a des sols qui sont bon conducteur et d’autre qu’ils ne le sont pas ; zone rocheuses, fonds de vallées, fonds sablonneux, etc. Nous savons également que les ondes contournent la Terre, et les obstacles, grâce à leurs pouvoirs de diffractions. Si la longueur d’onde est longue, ce pouvoir s’effectue facilement. Par contre, si la longueur d’onde est courte, et en présence d’une forêt, d’une construction ou d’une ligne de transport d’énergie électrique, cette absorption augmente.

Amélioration de la conductibilité :

Si la conductibilité du sol n’est pas très excellente, celle-ci peut être améliorée par une bonne prise de Terre. Celle-ci aura pour principale caractéristique ; de ne pas être résistante. Cette condition n’est pas toujours réalisée : en particulier lorsque le sol est sablonneux ou sec. On améliore, alors, ce plan de sol par l’adjonction d’un contrepoids. Il s’agit, en fait, de remplacer le manque de conductibilité de la Terre par un conducteur, de forte section, ou par un faisceau conducteur – plusieurs conducteurs reliés ensembles – de même potentiel HF afin de former une capacité. Si l’antenne est élevée, au-dessus du sol, les fils utilisés pour réaliser ce contrepoids sont appelés les radians. Il est préférable d’avoir un bon contrepoids qu’une mauvaise Terre. Souvent négligée, la prise de Terre est un élément important dans une chaîne d’émission-réception pour radioamateur : la bonne qualité de celle-ci, participera activement dans le bon rendement de notre installation. Bien entendu, un plan de sol parfait n’est pas toujours facile à concevoir suivant notre configuration – maison individuelle (idéale) ou habitation collective (immeuble « moins favorable ») - pourtant des solutions existent et elles donnent, semble-t-il, d’excellents résultats. Je ne rentrerais pas dans les détails, pour le moment, d’une description technique pour réaliser une prise de Terre, car cela n’est pas le but de cet article.

Ville de CAPPELLE LA GRANDE :

Localisation géographique :

La ville de Cappelle-la-Grande - qui se prononce Kapelle en néerlandais - est localisée dans le département du Nord (59), et est situé en région Nord-Pas-de-Calais : comme vous pouvez vous en apercevoir, ci-contre, sur la carte de France.

Plan de situation :

La ville est positionnée géographiquement par rapport à d’autres villes – plus ou moins limitrophes - de la manière suivante : Coudekerque-Branche au Nord-Est, Coudekerque-Village à l’Est,  Bierne au Sud-Est, Armbouts-Cappel au Sud-Ouest et enfin  Dunkerque au Nord-Ouest : voir la rose des vents ci-contre.

Ensuite nous trouvons :

• Le mont des Cats à environ 32 km et à ± 138° de la station.
• Le Mont des Récollets à environ 25 km et à ± 155° de la station.
• Le mont Cassel à environ 30 km et à ± 160° de la station.

Localisation de ma station de radioamateur :

Pour ce qui concerne la topographie générale de mon site d’émission et de réception, celui-ci est localisée à une altitude moyenne de 3 mètres par rapport au niveau de la mer. Résident en ville, et dans un lotissement, donc mes antennes sont entourées de maison, avec un terrain plutôt spacieux ! Ce qui est déjà pas mal pour un radioamateur.

Structure du sol :

La composition du sol cappellois est constituée, dans sa grande majorité, d’une terre arable - cultivable - qui recouvre les différentes couches de terrain : couleur et aspect. Ce sol contient également un mélange d’argile et de sable (d’origine marine), dont l’épaisseur ne dépasse guère les trois mètres. On retrouve cette argile des polders sur toute l’étendue de la pleine maritime flamande : sédiment d’origine plus ou moins récente. Ensuite, sous cette argile des polders, nous trouvons – sur quelques centimètres à un mètre - de la tourbe d’origine végétale : qui signifie qu’avant il y avait une zone marécageuse ; propice à la formation de la tourbe.

Ce qui permet d’affirmer que mon installation - et l’utilisation d’un système antennaire en général  – est adaptée : même si la présence de sable aurait tendance à assécher le sol, de par son rôle d’éponge. Mais la présence en surface d’une terre cultivable (arable), avec un mélange d’argile et de tourbe, a plus ou moins grande profondeur, permet de réguler cette humidité.

Plan de coupes générales:

Les plans de coupes géologiques, représenter sur les différents graphiques de ci-dessous, en fonction de l’orientation, montre la structure du terrain entre 0 et 20 kilomètres autour de ma station : surveiller l’angle au point de départ de l’antenne. Cette coupe structurale, représente le sous-sol et l’horizon à partir de mes coordonnées géographiques – latitude et longitude – de mon lieu d’émission ; réaliser à partir des informations qui sont fournies sur le site Internet : « hey, what's that ?* », qui est visible à la fin de l’article. Ces courbes représentent différentes vues, et déterminent un profil topographique « type » ; avec un visuel en relief. L’analyse de ces reliefs montres différentes anomalies gravimétriques et des ondulations du géoïde (en mètre); c’est-à-dire, qu’ils n’épousent pas la forme idéale d’un ellipsoïde de révolution : ondulations qui possèdent des écarts positifs et négatifs, par rapport à la surface de référence zéro (0).

Direction Nord :

Direction Est :

Direction Sud :

Direction Ouest :

En fonction de l’orientation – Nord, Est, Sud et Ouest – et sur une distance de 0 à ± 20 km, cette élévation est comprise entre 0 et ± 30 mètres. Vous allez me dire qu’en radio - HF, VHF, UHF, etc. - on fait des liaisons sur 500, 1 000, 5 000 ou plus de 10 000 Kilomètres – avec autant d’obstacle - et non sur 20 kilomètres ! mais cela montre déjà la physiologie générale au point de départ : donc à proximité de l’antenne.

Anomalies qui sont probablement liés à la structure du sol ; sans tenir compte des constructions environnantes. Cette disposition géographique – au point de départ – permet de se rendre compte des difficultés que cela peut engendrer, dans le cadre d’une communication locale, en DX, en VHF, UHF, etc. : d’où l’utilité d’élever ces antennes en très hautes fréquences. Néanmoins, ce dernier commentaire est à prendre en considération en décamétrique.

Jusqu’à ce jour, l’essentiel de mon trafic radio – en dehors de mes activités en portable - c’est effectué avec différentes antennes : Filaires (Lévy de 2 x 12 m), dipôles, verticales (de constructions personnelles) ou avec une 5/8 sur 28 MHz. En fonction de cette configuration, et de la propagation, voici - sur la figure de ci-dessous - la carte correspondante à mon trafic quotidien depuis 1995 : HF en CW, SSB, SSTV, RTTY, ... et dans les divers modes numériques. Ainsi qu'en VHF et en UHF.

Conclusions :

Dans le domaine de la communication d’amateur, les équipements radioélectriques – émetteurs-récepteurs, antennes, accessoires, etc. – sont souvent installés à demeure ; c’est-à-dire en fixe. Cette configuration est souvent utilisée pour accomplir une tâche bien précise : fréquences, modes d’émission, etc. Cette notion d’influence du sol est, hélas, trop souvent négligée, même si on effectue quelques petites améliorations. Il est évident que tout le monde n’a pas la chance d’avoir de l’espace pour assouvir sa passion. D’autant plus que la présence d’une forêt ou d’une masse métallique, issue d’une ligne à haute tension, augmente l’absorption ; cas en VHF… En décamétrique, le choix est tout aussi difficile à faire, car il est fonction de la place qui est disponible et aussi de notre mode de communication.

*hey, what's that ?; Hé, qu'est-ce que c'est?

Bibliographie ayant servit à rédiger cet article :

• CAPPELLE LA GRANDE : Histoire, vie et traditions populaires de Gilbert Mercier et J. Denise. Westhoek-Éditions - 1981.
• http://fr.wikipedia.org/wiki/Cappelle-la-Grande
• http://fr.wikipedia.org/wiki/Argile
• http://fr.wikipedia.org/wiki/Alexis_Claude_Clairaut
• Site Internet : http://www.heywhatsthat.com/
• Diverses documentations personnelles.
• ...

Image: Google Earth, HRDLog, livres et hey, what's that ?.

Article réalisé par Hervé G. - F6UGW - et mis en ligne le 16 septembre 2013.

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