R É T R O S P E C T I V E

R A D I O F I L M A G A Z I N E N ° 3 9 - j u i l l e t - a o û t 2 0 1 018

La station radioBordeaux-La Fayette(2e partie)

par Daniel Maignan

Le 90e anniversaire de la sta-tion Radio Bordeaux-LaFayette donne l’occasion deretracer l’histoire de cettemythique station de télégra-phie sans fil qui fut à l’époquela plus puissante du monde.

Grâce à notre expédition surl’ancien site de l’émetteur àCroix-d’Hins, relatée dansRadiofil magazine n° 38, nousavons pu retrouver lesquelques vestiges qui subsis-tent.

Cette deuxième partie estdédiée à la description et àl’évolution technique des ins-tallations pendant la premièrepartie du XXe siècle.

The 90th anniversary of theBordeaux-La Fayette radio sta-tion gives the opportunity toretrace the history of the stationwhich was in the 1920s the mostpowerful in the world.

In the previous issue of Radiofilmagazine we related our trip andthe few vestiges we found on theancient station site.

This second part is dedicated tothe technical description andevolution of the station duringthe first part of the 20th century.

Figure 1. — Le bâtiment principal.

1. Description techniquedes installations d’origine

La photo de la figure 1 montrel’installation gigantesque avec lebâtiment principal et six des huitpylônes de 250 mètres espacés cha-cun de 400 mètres.

Les pièces de montage de cespylônes tripodes qui avaient étéfabriqués aux USA par les aciériesPitt-Des Moines Co à Pittsburgh enPennsylvanie furent déchargés dansle port de Bordeaux pour être

ensuite acheminés par transport fer-roviaire jusqu’au site de la futurestation. La nappe d’antennes dontla figure 2 représente un croquis,était soutenue par les huit pylôneset couvrait une surface de 1200 x400 m2 (48 ha).

Une terre artificielle de surfaceéquivalente constituée de fils decuivre était enfouie dans le sol entreles pylônes.

À l’extrémité, les fils arrivaient àla station en un toron enveloppé parun tube de cuivre pour pénétrer

19

B O R D E A U X L A F A Y E T T E

R A D I O F I L M A G A Z I N E N ° 3 9 - j u i l l e t - a o û t 2 0 1 0

dans la tourelle du bâtiment principal àtravers un manchon isolant (figure 3).

À l’intérieur, le toron était raccordé àl’inductance d’antenne, via le commu-tateur de longueurs d’onde (figure 4).

Le système d’aérien et la terre arti-ficielle formaient les armatures d’ungigantesque condensateur qui, avecl’inductance, constituaient un circuitaccordé siège d’un courant haute fré-quence très important qui, en traver-sant l’antenne, engendrait un rayonne-ment d’énergie sous la forme d’ondesélectromagnétiques. L’inductance réali-sée avec du câble de 100 mm de dia-mètre faisait six mètres de haut pourun diamètre de six mètres, avec desprises intermédiaires sélectionnées parun commutateur (figures 6a et 6b). Dece fait, il était possible d’émettre sursept longueurs d’ondes différentescomprises entre 19 150 m (15 666 Hz) et23 450 mètres (12 793 Hz).

Les pylônes de 560 tonnes assem-blés avec 24 000 rivets étaient des tri-podes composés d’une pyramide trian-gulaire de 190 mètres s’appuyant surtrois pyramides inversées de 60 mètres,les côtés du triangle à la base mesurant66 mètres. Ils pouvaient supporter uneforce de 10 tonnes au sommet (figure 5).

Une échelle permettait d’aller jus-qu’au sommet où se trouvait une plate-forme de 3 m2. Figure 3. — Entrée des fils dans la tourelle de la station.

Figure 2. — Croquis de la nappe d’antenne.

20

R É T R O S P E C T I V E

R A D I O F I L M A G A Z I N E N ° 3 9 - j u i l l e t - a o û t 2 0 1 0

Pr inc ipe de l ’ éme t t eur à arcL'émetteur à arc de Poulsen, selon

le nom de son inventeur ValdemarPoulsen, chercheur danois, était uti-lisé au début de la radio pour conver-tir du courant continu en énergieradioélectrique. Cet appareil qui pou-vait générer des fréquences jusqu'à200 kHz fut breveté en 1903. Aprèsquelques années de mise au point, latechnologie de l'émetteur à arc esttransférée en Allemagne et enGrande-Bretagne en 1906. Les déve-loppements en Europe et aux États-Unis sont très différents. En Europela technologie de Poulsen rencontrede grosses difficultés à s'implanterpendant plusieurs années, alorsqu'aux États-Unis un système deradiotélégraphie largement répandua très vite vu le jour. Plus tard, l'USNavy adopte le système Poulsen à sontour. Seul l'émetteur à arc à conver-sion de fréquence passive peut conve-nir à l'usage portable ou maritime.L'émetteur à arc de Poulsen fut le sys-tème de radio mobile le plus impor-tant durant une dizaine d'années, jusqu'à l'apparition des tubes électro-niques.

Principe de l’émetteur à arcSoit un arc électrique se produi-

sant entre deux électrodes. Si on placeen dérivation sur celui-ci un conden-sateur en série avec une inductance,

on constate que ce circuit est le sièged’oscillations entretenues (figure A).Pour émettre, le circuit est couplé àune antenne qui permet de propagerl’oscillation sous forme d’ondes radio-électriques. Le dispositif est simple etrobuste et délivre un rendement d'en-viron 40 %.

Sous son aspect industriel pour lamarine, l’arc est soufflé par un élec-troaimant. La cathode (–) est en car-bone, l’anode (+) en cuivre et refroi-die par une circulation d’eau ; l’arcjaillit dans une atmosphère de vapeurd’alcool.

L'émetteur consiste en unechambre de bronze à atmosphèred’hydrogène et refroidie à l'eau danslaquelle se produit l'arc entre unecathode de carbone et une anode decuivre refroidie elle aussi par un circuitd'eau. Sur le dessus et le dessous decette chambre se trouvent les bobi-nages qui entourent les deux pôles ducircuit magnétique de l’électroaimant.Ces pôles pénètrent dans la chambre,de part et d'autre de l'arc, et génè-rent un champ magnétique (figure B).

Description du fonctionnementContrairement à l'émetteur à étin-

celles, l'émetteur à arc de Poulsengénère une onde entretenue, ce quiest un avantage considérable, car les

ondes amorties sont moins efficaceset très riches en harmoniques. L’arcde Poulsen est basé sur la découvertede Duddell qui démontra que si un arcélectrique est connecté à un circuitcomprenant un condensateur C et uneinductance L, celui-ci entre en oscil-lations à une fréquence qui est fonc-tion de la valeur L et C. Le phénomèneest dû au fait que la relation entre latension aux bornes de l’arc et le cou-rant qui le traverse présente unerésistance dynamique négative, autre-ment dit lorsqu’on son courant aug-mente, la tension à ses bornes dimi-nue.

Supposons un circuit LC connectéaux bornes de l’arc. À un instantdonné, le condensateur se charge endérivant une partie du courant de l’arc.La tension de l’arc augmente, entraî-nant une charge plus importante ducondensateur. Le condensateur unefois complètement chargé ne dériveplus aucun courant, le courant dansl’arc augmente et sa tension diminue,entraînant une décharge du conden-sateur. Par son apport d’énergie, l’arcélectrique désamortit le circuit LC quientre dans un régime d’oscillationsentretenues.

Le système de Duddell ne pouvaitfonctionner qu’avec un condensateurd’au moins 1 µF, ce qui limitait l’utili-sation de l’arc en haute fréquence.

Figure B.Figure A.

21

B O R D E A U X L A F A Y E T T E

R A D I O F I L M A G A Z I N E N ° 3 9 - j u i l l e t - a o û t 2 0 1 0

Pr inc ipe de l ’ éme t t eur à arcLa grande découverte de Poulsen

fut de faire fonctionner l’arc dans uneatmosphère d’hydrogène qui, enrefroidissant l’arc, augmentait la pentede la caractéristique courant-tensionet aussi de réduire fortement le cou-rant en plaçant un champ magnétiquetransversal très intense pour soufflerl’arc, afin d’obtenir une tension plusélevée.

Cela lui permit d’utiliser descondensateurs de plus faibles valeurset donc d’augmenter la fréquence defonctionnement.

À noter que l’émetteur de RadioLa Fayette est une déclinaisonquelque peu différente de l’émetteurd’origine, en ce sens que l’oscillationde relaxation est totalement créée parl’action de l’électroaimant.

Étant donné que l'arc met un cer-tain temps à s'amorcer et à se stabili-ser, on ne peut pas manipuler l’émet-teur par tout ou rien pour latélégraphie. On utilise une manipula-tion par déplacement de fréquence.Dans ce cas, l'arc est en fonctionne-ment permanent et une partie du cir-cuit LC (une ou deux spires) sera encourt-circuit lorsque le manipulateurest abaissé (ou l’inverse, comme dansle cas de Radio La Fayette). Ainsil'émission se fera sur deux fréquencesdifférentes selon que le manipulateurest abaissé ou non. Si ces fréquencessont suffisamment différentes (del'ordre de 5 %), et que la station deréception est suffisamment sélective,l'opérateur pourra entendre de la télé-graphie classique lorsqu'il est réglésur la fréquence correspondant aumanipulateur en position abaissée.

Le système était très efficace surles bandes de fréquences s’étendantde quelques kilohertz à quelquesdizaines de kilohertz. On employaitdes multiplicateurs de fréquence pas-sifs pour élever la fréquence d'émis-sion à la valeur souhaitée. Le multi-plicateur de fréquence et l’adaptateurd’antenne devaient être suffisammentsélectifs pour éliminer le fort tauxd'harmoniques.

Source : The Poulsen System fromWireless Telegraphy by W.H. Marchant(1914)

Figure 4. — Raccordement du toron à l’inductance d’antenne.

Figure 5. — Pyramides inversées à la partie inférieure des pylônes.

2. L’émetteur à arc(1920 à 1923)

La station était équipée de deuxarcs identiques dont un en secours.

a. Principe

L’intensité d’un arc électriquevarie périodiquement afin de pro-duire une oscillation entretenue aurythme de la haute fréquence dési-rée (voir l’encadré 1).

Pour ce faire, l’arc est contrôlépar un système de soufflage magné-tique selon l’effet Laplace-Lorentz.

Un champ magnétique très impor-tant appliqué perpendiculairementà l’axe des électrodes produit uneincurvation de l’arc qui tend vers lacoupure. Dès que le champ magné-tique disparaît l’arc se rétablit auto-matiquement grâce à la forte ioni-sation du milieu. La fréquence ducourant d’arc est proportionnelle àl’intensité du champ magnétique :plus le champ est important, plusla coupure de l’arc se produit rapi-dement (figures 7a et b).

L'arc consommait 800 ampèressous 1250 volts, avec un rendementde conversion de l’ordre de 50 %.

Des bassins fournissaient la sourcede refroidissement indispensablepour évacuer les 500 kW d'énergieperdue en chaleur dans l'émetteur.

b. La chambre de l’arc etl’électroaimant

La figure 8a représente schéma-tiquement l’ensemble de l’équipe-ment qui pesait environ 80 tonnesdont 70 pour le circuit magnétique àlui seul et qui pouvait produire uneinduction de 17 000 gauss. Les bobi-nages du circuit magnétique étaientrefroidis par une circulation d’huile.Pour faire fonctionner le dispositif,l’enroulement principal est en sérieavec l’arc, ce qui évite en plus leretour des oscillations vers l’induitde la génératrice. Un enroulementauxiliaire chargé de délivrer unchamp réglable qui s’oppose auchamp principal est alimenté parun groupe de 30 kW. L’anode de l’arcest constituée d’un tube de cuivrede 10 mm refroidi par une circula-tion d’eau. Le charbon de cathodequi est changé toutes les 24 heures,est un bâton de 40 mm de diamètreet d’une longueur initiale de500 mm. Un petit moteur électriquefait tourner lentement l’électrodeafin d’uniformiser l’usure. Dans lachambre à arc est injecté à raisonde 20 litres par jour, un mélanged’alcool et de pétrole vaporisé quiaméliore l’état de surface du char-

Figure 6. — L’inductance d’antenne, a : vue d’ensemble ; b : vue partielle avec le commutateur de longueurs d’ondes.

22

R É T R O S P E C T I V E

R A D I O F I L M A G A Z I N E N ° 3 9 - j u i l l e t - a o û t 2 0 1 0

Figure 7. — a, en haut : arc soufflé. b, en bas : génération des oscillationshautes fréquences

B O R D E A U X L A F A Y E T T E

R A D I O F I L M A G A Z I N E N ° 3 9 - j u i l l e t - a o û t 2 0 1 0

Les a l t erna teurs haute f réquenceLes ingénieurs qui ont déve-

loppé ces machines à la SociétéFrançaise Radioélectrique sontJoseph Bethenod et Marius Latour.

La réalisation mécanique de cesdispositifs pour obtenir directementdes fréquences élevées soulevaitdes difficultés considérables.

Cela conduisait à adopter desvitesses de rotation inusitées, despas polaires très faibles et desentrefers extrêmement réduits.Ces vitesses élevées augmentaientles pertes par frottement, desdéformations et des trépidationsdangereuses. De plus avec unentrefer très petit, la précisiondevait être extraordinaire. Lesefforts conjugués de la SociétéFrançaise Radioélectrique et de laSociété Alsacienne deConstructions Mécaniques deBelfort ont résolu ces problèmesavec un succès inégalé.

La première machine de 5 kWfut mise en service en 1915 auposte de Lyon La Doua, puis uneseconde de 125 kW y fut ensuiteinstallée en 1918 . Le fonctionne-ment et la fiabilité se révélèrentimpeccables, l’onde était dépour-vue d’harmoniques et très stable.Ce type d’alternateur a étéconstruit pour des puissancesdiverses, depuis 25 kW jusqu’à 500kW, pour des longueurs d’ondes de

8000 à 20000 mètres. La vitesse derotation de ces machines variant de2500 tours par minute pour l’alter-nateur de 500 kW à 6000 tours parminute pour l’alternateur de 25 kWétait maintenue constante par unrégulateur à action très rapide,quelles que fussent les variations decharge. Tournant dans une atmo-sphère raréfiée pour éviter lespertes par frottement sur l’air eténergiquement refroidi par circula-tion d’huile sous pression, l’alterna-teur offrait un rendement très élevé

(84 % pour la machine de 500 kW(figure 1 enc2).

Ces alternateurs pouvaient êtrecouplés entre eux sur la mêmeantenne, afin d’augmenter la puis-sance, selon les nécessités du traficou de la propagation ou bien encoretransmettre en multiplex, simulta-nément sur des fréquences diffé-rentes sur la même antenne, en évi-tant l’interaction des alternateursentre eux.

Source : 25 années de TSFSociété Française Radioélectrique1935

23

Figure 8. — a, à gauche : coupe schématisée de la chambre. b, à droite : l’émetteur.

Figure 9. — Réglage de la fréquence.

24

R É T R O S P E C T I V E

R A D I O F I L M A G A Z I N E N ° 3 9 - j u i l l e t - a o û t 2 0 1 0

Figure 10. — Schéma simplifié de lamanipulation par amortissement :court-circuit simultané des 78 spiresdans les blancs de manipulation.

bon et l’efficacité de l’arc. Une portepermet de pénétrer dans la chambrepour en effectuer le ramonage(figure 8b).

c. Alimentation

Chaque émetteur était alimentépar une dynamo Gramme entraînéepar un moteur synchrone fonction-nant sous 2200 volts et pouvant déli-vrer 800 ampères sous 1250 volts.

d. Réglage de la fréquence

L’arc est placé entre l’inductanced’antenne et la prise de terre(figure 9). L’ajustage du courant dansl’enroulement auxiliaire permet defaire varier la fréquence d’émission.

e. Transmission de l’informationen Morse

Le Morse fonctionne normale-ment en tout ou rien, le manipula-teur est un simple interrupteur :fermé, le courant passe, l’onde por-teuse est émise pour produire unpoint ou un trait, ouvert pas de cou-rant donc pas d’onde porteuse pourun espace ou un blanc (ou l’inverse).

Mais l’établissement de l’arcn’est pas instantané, il n’était doncpas possible de couper l’émissionau rythme du manipulateur. On aadopté une manipulation par dépla-cement de fréquence, de F1 à F2,dont le fonctionnement est décritci-dessous.

Soixante-dix-huit petites spiressont disposées à la base de l’induc-tance d’antenne et couplées à celle-ci. Lorsque le manipulateur estouvert, ces spires sont mises simul-tanément en court-circuit, ce quiprovoque l’amortissement du cir-

cuit oscillant et une variation decharge accompagnée d’un déplace-ment de fréquence sur F2 à causedu désaccord engendré (figure 10).

À l’écoute, l’opérateur décodaitles signaux par battement avec lerécepteur syntonisé sur F1. L’ondeF2 était néanmoins proche de F1 etil devait s’en affranchir en favori-sant la note musicale correspondantà F1.

Le poste à arc est générateurd’harmoniques d’amplitude impor-tante jusqu’à des rangs élevés, dece fait la réception des autres sta-tions peut être sérieusement per-turbée.

Par conséquent il sera envisagérapidement de modifier le procédéd’émission.

3. Installation d’un alternateur hautefréquence en 1923(indicatif FYL)

Un alternateur type Béthenod-Latour (voir encadré 2) est installéen 1923. Ce type de génératrice per-met d’obtenir une fréquence troisfois plus élevée qu’un alternateur

25

B O R D E A U X L A F A Y E T T E

R A D I O F I L M A G A Z I N E N ° 3 9 - j u i l l e t - a o û t 2 0 1 0

Figure 11. — Alternateur haute fréquence.

Figure 12. — Couplage Tesla.

Figure 13. — Les transformateurs Tesla et les jeux de contacteurs.

classique. L’entrefer fait seulement1 mm. La machine tourne dans uneatmosphère à air raréfié pour dimi-nuer les forces de frottement. Lerotor en acier forgé qui est pourvusur sa périphérie de tôles au sili-cium de 0,5/10e d’épaisseur, ne com-porte aucun bobinage.

La machine est entraînée pardeux moteurs électriques placés depart et d’autre de l’arbre et est dotéed’un régulateur de vitesse qui stabi-lise la fréquence (figure 11).

La fréquence d’émission estdésormais fixe sur 15 666 Hz(19 150 mètres). Les postes à arc sontconservés en secours.

Les huit bobines de l’alternateursont couplées à l’antenne par destransformateurs Tesla à trois enrou-lements dont le schéma de principeest représenté sur la figure 12.

Les bobines sont des enroule-ments plats confectionnés avec duruban en cuivre de 50 x 2 mm. Leprincipe de fonctionnement estassez rudimentaire : l’enroulementdu milieu est court-circuité pourinterrompre l’émission, celui-ci secomporte dans ces conditionscomme un écran et réduit à néantle couplage entre le primaire et lesecondaire. La charge de l’alterna-teur devient très faible et la puis-sance consommée réduite. On aper-çoit les transformateurs Tesla avecles jeux de contacteurs sur lafigure 13.

Cela présentait un énorme avan-tage par rapport à la précédentetechnique : meilleur rendement, peude puissance consommée dans lesblancs de manipulation, une récep-tion plus aisée et moins d’harmo-niques.

4. Installation de postesémetteurs en OCà lampes sur 6802 kHz

Plus tard, des postes émetteursondes courtes furent installés. Lepremier en 1937. Sa puissance étaitde 50 kW sur 6 802 kHz (indicatifFYM) et le second en 1938 avec15 kW sur 17 530 kHz (FYM2).

Source : Historique de la StationBordeaux – La Fayette.