Le secours Spéléo et les transmissions.

 

Bilan des travaux de l'ADRASEC 38 et de la SSSI.

 

La remontée à la surface d'informations est toujours un problème pour le secours spéléo compte tenu des délais que cela nécessite.

 

En 1993 monsieur Albert OYHANCABAL conseiller technique départemental spéléo de l'Isère a demandé à l'ADRASEC 38 d'intervenir pour améliorer nos transmissions sous terre et à la surface dans le cadre d'un secours spéléo.
En 1994, J-J Fauchez a tenté des essais qui ont prouvé que les longueurs d'ondes plus courtes que celles utilisées généralement sont très favorables pour faire de longues distances sous terre.
En Janvier 1997 un cahier des charges est transmis à l'ADRASEC 38. Débute alors une collaboration plus étroite entre les deux associations.
Fin Janvier 1997 l'ors d'une journée de présentation de la SSSI aux établissements PELTZ une réunion technique des "spécialiste radio" Anglais, suisses et Français permet de faire une synthèse des méthodes utilisées.

 

Après de nombreux travaux et essais, deux systèmes différents ont été mis au point :

Système NICOLA qui utilise des méthode éprouvées depuis 1914 avec les basses fréquences.

Système FAUCHEZ qui utilise des nouvelles méthodes sur des fréquences plus élevées.

Ils peuvent être complémentaires et ont été utilisés lors de nombreux exercices sous terre. (Emissions et Réceptions.)

Les fréquences utilisées pour ces essais le sont à titre provisoire et la puissance, volontairement limitée, reste dans les normes décrites par la réglementation.

 

A ce jour ces systèmes évoluent et sont améliorés continuellement, mais nous pouvons d'ores et déjà utiliser le système NICOLA pour un éventuel secours.

Le système FAUCHEZ est maintenant au point, en phase de réalisation et bientôt opérationnel.

 

Ces travaux sont encore trop récents pour affirmer que cela fonctionne dans tous les cas et ces systèmes ne peuvent être utilisés pour l'instant, qu'en complément des moyens traditionnels (Généphones), car ce n'est que de la radio et en matière de radio la fiabilité à cent pour cent n'existe pas, ou elle est hors de prix.

 

Conscients des progrès que ce matériel peut apporter dans les secours spéléo nous donnerons une place très large à l'information sur ces systèmes.

 

Le but que l'on souhaiterait atteindre est : "Un opérateur de transmission par équipe de secours avec émissions et réceptions entre le fond et la surface au gré et au choix de chacun quelque soit le lieu !

 

Bref si ce n'est pas pour aujourd'hui, cela sera peut être possible demain! "

 

En attendant; après une description du matériel et de son utilisation nous parlerons des essais principaux réalisés, des possibilités de fabrication et d'une diffusion possible pour le Spéléo Secours Français

 

Jean-François Siégel

SSSI - CTA Isère.


Description du Système NICOLA (par Graham NAYLOR)

 

Le Système NICOLA est un système de transmission développé et construit sous l'égide de l'ADRASEC 38 en accord avec des spécifications élaborées par SSSI.

Le développement est soutenu par une bourse établie par Nick Perrin l'époux de NICOLA Dollimore, la jeune femme décédée dans le Gouffre Berger en juillet 1996. Cette bourse a pour but de donner des assistances en matière de communication pour les secours et dans un domaine plus général pour faciliter les communications avec les spéléologues engagés en sous sol pour leur passer des messages d'avertissement.

Ces développement a travers deux premiers prototypes ont permis de figer un schéma de construction et de réaliser les deux premières unités radio opérationnelles pour les opérations de secours. Ces appareils sont décrits ci-dessous.

Ces appareils de transmission fonctionnent à basse fréquence (87 Khz), la modulation est en bande latérale unique (BLU) . Ce système de modulation a été choisi pour sa bonne efficacité en puissance consommée et sa performance dans les bandes très perturbées par des bruits parasites (atmosphériques et autres). La technique de couplage au sol s'effectue par des piquets (électrodes) soit plantés dans la terre ou dans la boue, soit par des tresses de cuivre placées dans des flaques d'eau convenablement disposées en sous sol. La tension nécessaire pour injecter ce courant (de l'ordre de cent volts suivant la nature du sol) est délivré par un transformateur, avec secondaire ajustable, augmentant la tension de sortie de l'émetteur qui consiste en un amplificateur de puissance en pont classique comme utilisé couramment dans les chaînes HI-FI. L'émission et la réception en BLU se fait grâce aux cartes (circuits imprimés) développées en Angleterre par John Hey en utilisant la technique de phasage. Le signal électrique d'un microphone est amplifié dans deux circuits en parallèle déphasés de plus et moins 45 degrés et mélangés avec la fréquence porteuse 87 Khz elle aussi déphasée de plus et moins 45 degrés. Les deux signaux sont ensuite recombinés par soustraction ou addition de façon que la bande latérale désirée soit renforcée et l'autre éliminée. Le signal ainsi obtenu est amplifié et injecté dans le sol comme indiqué plus haut. Le courant de sortie est contrôlé par une ampoule en série avec le primaire du transformateur pour donner une évaluation de la puissance couplée au sol.

La réception se fait de manière similaire. Le transformateur est calculé pour adapter l'impédance du sol avec un étage de filtrage à simple ordre qui fait une présélection de la bande passante, et d'un préamplificateur à grand gain. Le signal est ensuite envoyé sur deux mélangeurs qui multiplient le signal de réception par la fréquence porteuse générée localement et encore en quadrature. Les deux sorties sont filtrées pour ne laisser passer que la basse fréquence (modulation) et aussi retardées et avancées de 45 degrés. Ces signaux sont donc combinés en addition ou soustraction pour sélectionner la bande voulue. Nous avons adoptés pour les appareils opérationnels la bande supérieure qui semble moins perturbée. La basse fréquence est ensuite amplifiée et envoyée sur un Haut-parleur et un casque d'écoute. L'ensemble des composants est assemblé dans un coffret robuste permettant le transport dans des conditions hostiles (humidité et chocs mécaniques fréquents). Un circuit de contrôle permet le passage entre émission et réception ainsi que l'envoi d'un Bip de début et de fin de message.

L'antenne est constituée par un dipôle électrique d'une longueur minimum de deux fois 20 mètres ou au maximum de deux fois 80 mètres. La longueur de ce dipôle est très courte devant la longueur d'onde pour la fréquence de 87 Khz utilisée. Malgré cela il participe un peu au rayonnement électromagnétique en tant qu'antenne. Les courants électriques haute fréquence sont générés dans le sol par les deux électrodes qui terminent les dipôles. Ces courants telluriques participent eux aussi à la propagation du signal dans des proportions qui dépendront des conditions d'utilisation décrites plus bas.


Utilisation opérationnelle (par Richard POUGET 'F6EGY' de l'ADRASEC 38)

 

Voici l'utilisation du système NICOLA telle quelle est pratiquée en opération par l'ADRASEC 38.

 

Les opérateurs doivent étudier la géologie du site et la topographie du réseau. En fonction de cela ils choisiront le meilleur endroit pour déployer les dipôles et planter les électrodes.

 

L'idéal serait de se placer sur la plus courte distance en ligne droite, malheureusement ce n'est pas nécessairement au plus court comme à la verticale surface /fond, que le contact sera le meilleur. Nous avons remarqué grâce aux travaux de Jean-Jacques FAUCHEZ que le signal passait mieux horizontalement dans le sens des strates géologiques que verticalement et perpendiculairement aux strates et qu'il était parfois intéressant de placer le dipôle de surface directement dans les premières centaines de mètres du réseau. Cela permet de très bonnes liaisons en distance pour les cavités et les réseaux en falaise comme à la Dent de Crolles.

Les électrodes seront donc plantées dans l'environnement du calcaire homogène, de l'Urgonien de préférence si c'est le cas du site, et dans la même strate géologique que l'autre station pour ne pas être séparés par une rupture d'homogénéité (faille ou couche de marnes ou d'argile par exemple).

 

Pour le sous sol, placer le dipôle le plus déployé possible sans retour ni boucles. Déployer le plus de longueur de fil possible car le signal sera proportionnel à la distance entre les électrodes (2 X 80m étant le maximum raisonnable) pas trop de problèmes pour les électrodes terminant l'extrémité du dipôle, une simple tresse de cuivre froissée et jeté dans une vasque d'eau ou dans la boue suffit. L'idéal quand cela est possible serait de poser une électrode sur une des parois et l'autre sur la paroi opposée ou bien l'une au sol et l'autre au plafond pour profiter de la plus grande tension de pas.

 

Pour la surface, placer le dipôle le plus déployé possible et les électrodes plantées dans un sol permettant une assez bonne conductivité. Se méfier tout de même des couches de surface trop conductrices qui court-circuiteraient le signal sans faire de couplage avec le calcaire. Par contre un peu d'humus dans une dépression de calcaire conviendrait. Si il n'y a pas de couche d'humus essayer de coupler les électrodes par effet capacitif. Il peut arriver si le sol est trop sec qu'il faille arroser les électrodes pour améliorer la conductivité. On se rendra compte de cela quand on n'arrivera pas à allumer la lampe de contrôle de puissance avec le transformateur réglé au maximum de spires au secondaire.

 

Avant de transmettre le premier appel il faudra à l'aide du contacteur ajuster le secondaire du transformateur de sortie pour se coupler au mieux avec le sol et obtenir une puissance de sortie assez forte. On est bien réglé quand la lampe de contrôle commence à s'allumer sur les pointes de la modulation (les "fortissimo" de la parole) cela correspond à une puissance émise de 1 à 2 Watts crêtes H.F. et d'une P.A.R (Puissance Apparente Rayonnée) en surface de quelques milliwatts. La consommation de courant est, sous 12 volts, en émission de 90 mA au repos et de 600 mA sur les "fortissimo" de la parole. En réception la consommation est de 50 mA. Dans ces conditions la consommation d'énergie est optimisée et une batterie au plomb gélifié de 7 A/h peut tenir assez longtemps. Un interrupteur court-circuitant la lampe de contrôle supprime la limitation et permet de pousser le courant consommé jusqu'à 3 Ampères. La puissance de sortie est ainsi porté à une dizaine de watts (théoriques). Il ne faut pas en abuser. Cela ne semble pas apporter une énorme différence auditive quand le signal est déjà bon, mais pourrait être utile dans certaines urgences avec une liaison limite.

La surface restera en écoute permanente tout en lançant appel toutes les deux minutes jusqu'à la prise de contact. Le fond lancera appel dés qu'il sera prêt à transmettre. Ne pas se décourager si le signal est trop faible. L'expérience démontre qu'il suffit parfois de se déplacer d'une centaine de mètres pour trouver de meilleures conditions.

 

La SSSI est responsable opérationnel, dirige le secours et fournit les opérateurs spéléologues qui assurent la transmission depuis le fond. L'ADRASEC 38 est responsable des techniques de transmission et fournit le matériel, les opérateurs radio de surface, assure les essais, les constructions, l'entretien, et la formation. La continuité de la liaison depuis le fond jusqu'au responsable du secours est assurée par un relais radio VHF classique entre l'opérateur surface et le P.C. ou par une liaison filaire téléphonique. Il est prévu d'automatiser cette liaison dans le futur.

 

Problèmes rencontrés:

 

Le bruit parasite Industriel. Il est variable suivant les périodes de l'année, la nuit, le jour et se rencontrera surtout en surface parfois sous terre dans les faibles épaisseurs de calcaire. C'est la partie non maîtrisable, et il faudra faire avec. Les signaux sont parfois très forts sur cette fréquence car ils proviennent de stations de radiocommunication pour la navigation maritime, de machine électriques, de lignes hautes tensions et des clôtures électriques. Pour éviter qu'ils submergent le signal venant du fond, la surface devra parfois réduire ses possibilités de réception en travaillant avec un dipôle plus court (2 X 20m) dans ce cas il faudra qu'en sous sol on mette le maximum de longueur de dipôle pour compenser la perte de signal.

 

Le bruit parasite naturel. Les orages électriques et les aurores boréales, le bruit solaire. Il dépend de la météo et se rencontrera en surface mais aussi sous terre pour les orages. Un bruit continu de friture ou pétillement de bulles de champagne, c'est les statiques, l'air est sec en surface et des décharges d'électricité statique se produisent un peu partout. Des craquements répétés sont annonciateurs d'un orage lointain. Les claquements secs et très forts indiquent des coups de foudre proches. La surface aura cessé depuis longtemps ses émissions. Ce sera un moyen de savoir qu'un fort orage a éclaté tout prés en surface. Attention, un simple calcul des tensions engendrées par un coup de foudre proche fait apparaître le danger d'avoir quelques Kilovolts entre les électrodes du dipôle. A grande profondeur ce ne serait pas trop grave mais prés de la surface cela pourrait être dangereux. Il faudra débrancher le dipôle de l'appareil de transmission et s'en éloigner.

 

Un orage électrique en surface avec le dipôle déployé doit être pris très au sérieux. Il faudra se préparer et évacuer les lieux bien avant que l'orage soit sur vous et se trouver à l'abri dans un véhicule quand la foudre tombera.

 

Pour tous, une écoute au casque peut être d'une grande utilité. L'expérience prouve que l'environnement des opérateurs peut-être très bruyant, bavardages à proximité, bruit de cascade ou de torrent, bruit du vent, ect. ect. Les signaux reçus sont faibles, parfois très faibles et il faudra s'exercer à l'écoute dans le bruit de fond. Cela n'a rien à voir avec le téléphone ou la radio F.M. Cela s'apparenterait plus à de la radio maritime de haute mer ou aux radios des expéditions polaires...! Bref comme l'a dit FR3, "C'est pas encore de la F.M. stéréo mais ça marche".


Recherches et systèmes de Jean Jacques FAUCHEZ 'F6IDE'

 

Alors que par routine ou nécessité les très grandes ondes ( TGO de plusieurs Km ) sont utilisées depuis des décennies en communication souterraine , la TPS télégraphie, téléphonie par le sol était déjà exploitée pendant la guerre de tranchées en 1914 . J'ai tenté depuis 94 et je pense avoir réussi de montrer que :

 

1° Les carstes alpins sauf exception sont ici peu conducteurs . Les longueurs d'ondes GO de 1000 m à 160m OC y sont très favorables . Les antennes de transmission cadres 1m2 ou 2x30m de fils posés au sol , et en réception quelques mètres ou 20cm ( mobilité ) , suffisent .

2° Qu'il est possible d'obtenir des distances utiles supérieures à 500m , fond surface , surface fond , fond à fond. C'est vérifié à 600 m , 1Km et plus ,et même exceptionnellement reçu à plusieurs Km du fond vers l'extérieur .

3° Que ces fréquences sont peu encombrées et bien moins parasitées que le TGO (VLF et LF) .

4° Qu'il faut tenir compte de la géologie des lieux , de la stratification . Si elle est impossible au plus court comme à la verticale des correspondants , la communication est peut être réalisable beaucoup plus loin , ou en plaçant la station ''Maître'' dans le réseau ou sur le coté , et même parfois fort loin des falaises.

4° Que des appareils transmetteurs récepteurs existent dans le commerce et en toute région chez 20% des radio amateurs licenciés , mais ils manquent de rusticité... ou disponibles en Kits, ou réalisables dans nombre de radio clubs . De tels appareils ont aussi servi ici aux essais de 94 à 97

5° Que ces techniques et celles que je propose , y compris celle avec contacts de sol , sont au point (1), simples , fiables , peu onéreuses ,entrant dans les bidons étanches 3 ou 6 l selon cahier des charges implicite 1994 . Elles sont reproductibles , les schémas ont étés publiés d'autres sont en cours de publications ( Voir RADIO REF )

6°Que des appareils simples transmetteurs de messages en mode balise peuvent rendre des services

si les spéléos sont munis des mini récepteurs correspondants.

 

Mais mes appareils ne sont pas disponibles ; Conçus pour faire des évaluations et des mesures, ils évoluent pour s'adapter à de nouvelles investigations suite à des résultats parfois surprenants : Un autre regard sur ce qu'on ne voit pas ?

Ils sont ''clonables'' pour qui sait percer des trous ronds à l'endroit prévu , avec de préférence quelques compétences dans le domaine tout en nuances de la radioélectricité.

 

L'usage de moyens radioélectriques est réglementé, et les appareils commercialisés doivent respecter les normes en vigueur.

 

(1) Ne sont citée que les techniques que j'estime au point , et pas pour le moment la phonie aux environs de 300 et 455 KHz . J'espère faire plus simple et mieux que quelques W HF , ça prend du temps .

 

Merci à tous ceux qui m'ont aidé , réalisent et partagent point de vue et enthousiasme. JJ Fauchez


Essais principaux réalisés par l'ADRASEC 38

Grâce à la collaboration des amis spéléos qui nous ont aidés:

Grotte des Eymards, Grotte du Bournillon, Grotte du Gournier, Gouffre Berger,
Trou qui souffle 1 et 2, Scialet neuf, Dent de Crolles en traversée.


Possibilités de fabrication

 

Les schémas et plans de construction sont à la disposition de tous. Ils ont été publiés dans les revues REF, et CREG. Le montage est du niveau d'un monteur électricien, d'un dépanneur de télé ou d'un bon bricoleur en électronique. Les développeurs se proposent de vous conseiller pour l'acquisition des composants et le montage.

Pour le système NICOLA s'adresser :

Graham NAYLOR

Le Chantemont n°9

38660 LUMBIN

INTERNET <naylor@esrf.fr>


Documents transmis par :

Richard POUGET F6EGY

Institut Laue Langevin

BP 156, F-38042 Grenoble Cedex 9

Tel. (33) (0)476.20.72.12

Fax (33) (0)476.20.73.68 e-mail: rpouget@ill.fr

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