TIPE et étude radio du Soleil

[Neowise]

Bonjour,

Je suis élève en prépa mpsi, et je dois commencer à concrétiser mon projet de TIPE pour l’année prochaine.

Je me permets donc de vous présenter sommairement où j’en suis actuellement, ainsi que les questions/doutes qui m’occupent l’esprit en ce moment.

Depuis que j’ai effectué un stage à la station de radioastronomie de Nancay, je suis tombé amoureux de la radio. Le TIPE me parait alors une bonne occasion pour me lancer.

 

Mon idée est la suivante :

-          Optimiser un système de réception radio bas coût et transportable pour l’étude de la météo solaire.

En particulier : optimiser une antenne radio à la détection des sursauts solaires de type 3, qui caractérisent les éruptions, et qui représentent l’enjeu de la météorologie spatiale.

 

L’idée du TIPE est de trouver des moyens d’optimiser, et même mieux, d’asservir l’antenne.

 

Mais déjà faut-il une antenne.

J’ai donc pensé à une Moxon, dont la complexité de conception ne me parait pas représenter un obstacle majeur (je me trompe peut-être).

 

Il faut ensuite une bande de fréquence.

Là j’ai des doutes. Après avoir regardé pas mal de graphiques, j’ai l’impression qu’être entre 10 et 100 MHz est bien. Mais avec un clé SDR je n’aurai qu’une bande de quelques MHz, donc il faut préciser le choix (ne serai-je d’ailleurs pas trop aveugle avec une telle bande de fréquence ? Les éruptions s’étalent sur plusieurs dizaines de MHz …). Je me suis renseigné à propos du projet JOVE, et ils travaillent sur du 20MHz. Cependant cela implique des antennes immenses, et d’utiliser un double dipôle pour simuler des décalages pour « pointer » une région du ciel : trop complexe et pas très « sexy ».

J’ai vu qu’il existait une bande de fréquence réservée à la radioastronomie autour de 73MHz. Cela m’a bien plu, je pense donc m’orienter vers cela, d’autant plus que cela me fera une antenne d’environ 1,4m de long, ce qui reste raisonnable je pense.  

 

Il me faut une clé SDR :

Alors là je n’y connais pas grand-chose (j’ai plus l’habitude des cmos XD), je n’ai pas envie d’y mettre plus de 50€, une clé SDR msi m’a l’air d’être un bon compromis.

 

Maintenant :

-          Soit je laisse passer le soleil au-dessus de l’antenne (ce qui réduit les temps d’observations)

-          Soit je suis le soleil (ce qui me permettrait de faire un peu de SI au passage avec la motorisation, donc je pense opter pour cela … même si je n’ai jamais vu une antenne décimétrique motorisée … est-ce donc vraiment pertinent de motoriser ça ?).

 

Dans ce cas : bon là pas besoin d’une EQ6 ni de suivi continu, je pense qu’une simple et robuste azimutale qui fait des pas toutes les 5 minutes devrait amplement suffire … à réfléchir.

 

Diamètre du fil coaxial :

Pour l’instant je ne me suis pas renseigné sur l’impact du diamètre du fil, je n’en sais donc rien.  

 

Il faut optimiser l’antenne :

C’est l’idée d’un TIPE, surtout en SI.

Voici quelques idées en vrac …

-          Filtrer le signal : filtrer analogiquement le signal à l’aide d’un filtre passe bande RLC pour laisser passer que ce qui m’intéresse et ne pas saturer la clé par toutes les sources de pollution type radio FM et autres.

-          Asservir la clé en température : si la clé chauffe … je me dis ça vaut peut-être le coup comme en astrophoto …

-          Motoriser l’antenne : en se basant par exemple sur une banque d’éphéméride, même si j’imagine quelque chose de simple/rudimentaire, car ici la précision n’a pas vraiment d’importance, il s’agit plus d’être « orienter » vers le soleil que de « pointer » le soleil. Je pense que c’est réalisable.

-          Faire faire des « sauts » en fréquence à la clé régulièrement (plusieurs fois par minutes ou secondes) pour doubler/tripler la bande de fréquence initiale de la clé de 10MHz, ce qui pourrait permettre de mieux visualiser le balayage en fréquence du sursaut comme illustré ci-dessous (peut-être difficile à programmer, et peut-être aussi un risque de mauvaise résolution puisqu’on va s’éloigner de la fréquence de travail de l’antenne).

-          Détecter analogiquement la présence d’un sursaut et noter quelque part la date pour ne pas à avoir à traiter des heures d’acquisition (je dis « analogiquement » car si c’est possible cela m’arrangerait car le codage n’est pas un grand ami).

Honnêtement, si vous avez des idées je suis preneur. Je pense qu’il y a de quoi se faire plaisir.

 

Il faut que le soleil ne soit pas timide.

C’est ma plus grande crainte. Surtout si je mets du temps à tout concevoir, et que je suis pris dans des péripéties, j’ai peur de créer et optimiser un détecteur qui ne détecte rien du tout pour 2 raisons :

-          Peut-être qu’à ce stade mon projet est utopique, surtout au vu du temps que je m’accorde (l’été).

-          Je passerai à côté du peu de sursauts de types 3 et 2 qui auront lieu, ou pire : le soleil ne sera pas du tout actif (surtout au vu de l’activité actuel … l’indice kp et les taches ne donnent pas l’impression d’un soleil très actif).

Me voila donc un peu mitigé, puisque je n’avais pas eu vraiment d’autres idées de sujet, et celui-ci me passionne énormmméééément, MAIS sa faisabilité + pertinence me laisse encore perplexe.

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Merci pour l’attention que vous aurez porté à ce message.

Si vous avez des conseils / des idées / des remarques / des suggestions, notamment sur des points mentionnés plus haut ou juste sur la faisabilité de ce sujet de tipe, alors je suis tout ouïe.

Cela m’aiderait beaucoup, et m’orienterait peut-être vers une voie plus pertinente.  

 

Astro-amicalement,

Neowise

 

Ci-joint un exemple de ce à quoi ressemble ces sursauts, et comment ils descendent en fréquence, par Edwin Ebenezer.

 

[pejive]

bonjour

Je me suis longtemps intéressé au sujet et je connais aussi les contraintes des TIPE en classes prépas.

Avant de penser à l'antenne il faut choisir la bande de fréquences: 

les VHF sont devenues inexploitables notamment à cause de la prolifération des stations radio FM

On pourrait viser les UHF vers 400 MHz où il est possible de construire des antennes à gain élevé pas trop encombrantes (Yagi)

Pour des fréquences plus élevées il faut utiliser des paraboles ou des antennes hélices; ces dernières ne sont pas trop difficiles à construire, mais nécessiteront une adaptation d'impédance qui risque d'être pifomètrique sans appareil de mesure.

Actuellement les amateurs éclairés qui font de la radioastronomie utilisent derrière l'antenne une chaîne de réception SDR avec un préamplificateur et une clé SDR  ; les clés SDR performantes permettent la réception jusqu'à plus de 1,5 GHz

Il est aussi possible d'obtenir des résultats vers12 GHz avec du matériel de réception TV satellite... 

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Personnellement je n'ai jamais réussi à obtenir de résultats avec le Soleil et une simple antenne VHF;

je pense qu'il faut faire un interféromètre élémentaire avec 2 antennes séparées de plusieurs mètres; 

je ne dispose malheureusement pas d'assez d'espace.

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A mon humble avis je ne pense pas qu'il soit possible de se lancer dans un tel projet dans le cadre d'un TIPE,

surtout sans avoir déjà une certaine pratique de la radio en VHF-UHF.

Sinon c'est un domaine passionnant et au moins on n'est pas gêné par la météo pourrie !

par contre il y a des parasites dans tout le spectre radio

 

edit: le thème c'est   "Sobriété, efficacité, optimisation" ? 🙂

çà demande réflexion ...😕

[pejive]

Un lien intéressant que j'ai justement consulté hier:

https://www.mtmscientific.com/hydrogen.html

 

Concernant l'activité du Soleil, même s'il a commencé la partie descendante de son cycle, il est encore très actif. Mais les sursauts sont imprévisibles...

[Neowise]

Bonjour, 

Merci beaucoup pour votre réponse et votre avis. 

 

C’est vrai que j’imaginais bien problématiser autour de quelque chose comme « comment optimiser un système de réception radio bas coût et transportable à l’étude de la météo solaire malgré un environnement électromagnétique saturé ? ». Mais si je suis impuissant face à la FM, alors mieux vaut changer de plan … 

Ne pourrai-je pas m’en sortir en me mettant par exemple à 50MHz et en filtrant tout ce qu’il y a au dessus de 60MHz ? 

 

En fait, qu’observe t on entre 20 et 100 MHz ? Toute la bande est saturé ? Ou parsemé de fréquences saturées ? Ou peut-être un fort bruit de fond qui empêche les sursauts de se démarquer ? 

 

Peut-être que le manque de directionalité d’une moxon ne joue pas en ma faveur non plus, contrairement à une Yagi. Cependant je ne pense pas pouvoir trouver facilement de yagi autour de 50MHz sans me ruiner, et la construction m’a l’air plus complexe que pour la moxon (et peut-être aussi pas très intéressante pour un tipe ). 

 

Après je parle de 50MHz parce qu’il me semble qu’il s’agit une région intéressante pour les sursauts de type 3 et même 2, mais peut-être que je peux les trouver ailleurs ? Notamment les types 3 : il viennent de haut en fréquence non ? Peut-être peut on les détecter au delà de 200MHz ? Cependant je n’ai trouvé aucun diagramme montrant la détection d’un type 3 aussi haut … peut-être pour des bonnes raisons ? 

 

Vous avez mentionné l’interférométrie, j’étais justement tombé récemment sur ce joli projet d’olympiade de physique http://cavaroz.sciences.free.fr/OlympiadesPhysique/olyphy94.htm#41 , où les étudiants ont travaillé à 600MHz … 

 

Pour le thème du tipe de cette année j’ai l’impression qu’on peut adapter beaucoup de sujets autour de celle ci donc je ne me fais pas trop de souci. 

 

Encore merci pour votre retour 

[pejive]

Malheureusement le spectre radio est bien saturé sur toutes les fréquences.

Si vous voulez vous faire une idée testez les web-sdr

https://rx-tx.info/map-sdr-points?freq_of=&freq_to=&bands=All&country=187&title=&qth=&url=#close

Il y a une bande pas trop encombrée vers 400 MHz où l'on trouve les radiosondes météo, dont l'écoute peut être amusante

La construction d'une antenne yagi en VHF ou UHF est relativement facile avec des tubes de cuivre ou d'alu.

Pour des fréquences inférieures à 150 MHz ces antennes sont beaucoup plus encombrantes

(compter 2m x 2m pour une 3 éléments 73 MHz)

Pour faire de la radioastronomie il faut que l'antenne soit suffisamment directive, ce qui implique un nombre d'éléments important et éventuellement de coupler plusieurs antennes.

Il y a beaucoup d'expérimentation à faire, mais cela demande du temps, de la place et d'avoir un peu de pratique de la réception radio. L'investissement financier n'est pas considérable (si on compare à l'astronomie )

Les radioamateurs pratiquent l'optimisation de leurs antennes, mais cela nécessite du matériel de mesure.

En VHF on peut recevoir assez facilement les échos des météorites (je l'ai fait) mais je ne sais pas si on pourrait en tirer un sujet de TIPE

Un peu plus pointu: à partir de la réception du signal ADSB des avions (1090MHz) asservir une caméra pour les filmer; je connais quelqu'un qui pratique ce sport ; cela demande des connaissances en programmation

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Mais comme vous n'aurez qu'un temps limité à consacrer au TIPE il est préférable de trouver un travail dans un domaine que vous connaissez déjà et permettant une expérimentation pas trop complexe