Influence du sol sur les ANTENNES      

Influence du sol sur les ANTENNES      

juin 4, 2026 Non Par F5LRL - Michel

     Par F6BCW Didier  –  f6bcw@orange.fr

L’influence du sol, selon les circonstances, est-elle un point clé de la réussite       d’un bon système d’antenne pour la propagation des Ondes Courtes en DX ?
                                                                                         (Réf.  « UIT-R P.527-3* »  Voir Glossaire G1) 

Préambule : je dédie cet article à Bruno † F8FIV, avec qui nous partagions notre passion avec de longs échanges. Bruno était mon correspondant technique correcteur et conseil à Radio REF. Toujours à l’écoute, précis, direct et bienveillant. J’ai apprécié son professionnalisme et sa disponibilité ; sa  discrétion était sans doute le moteur de son efficacité. Bruno nous a quitté alors que je finalisai avec lui ce présent dossier pour le vulgariser et, selon ses conseils le rendre accessible à tous, quelque soit son niveau technique. Merci Bruno.

En discutant avec de nombreux amis Radioamateurs, je me suis rendu compte que nombre d’entre-eux ignoraient l’aspect fondamental de la conductivité des sols, laquelle influence de manière significative la propagation des ondes. Ce paragraphe vulgarise la conductivité peu connue par les Radioamateurs.

1 – Conductivité du sol, incidence sur l’efficacité des antennes ?
Je vous invite à visiter le site de Mark Haverstock, K8MSH et ses descriptions et essais intéressants.   (Voir Glossaire G2)

1.1 – Généralités.  L’environnement immédiat de l’antenne, appelée Zone de Fresnel, joue un rôle crucial et déterminant pour le champ lointain produit par l’antenne. La conductivité du sol influence la direction du maximum absolu de puissance rayonnée et la directivité de l’antenne aussi bien en azimut (direction) qu’en site (angle d’élévation de l’onde au départ de l’antenne).

La conductivité est la propriété physique d’un matériau qui caractérise sa capacité à permettre le passage du courant électrique ou la chaleur à travers lui. Dans cet article, je ne traiterai que de la partie conductivité du courant électrique qui définit la facilité avec laquelle les charges électriques peuvent se déplacer dans un matériau ou à sa surface comme pour la HF : «l’effet de peau».

Je ne vous apprendrais rien en disant que la conductivité d’un fil de cuivre conduit le courant alors que la gaine de plastique isolante qui l’entoure ne le conduit pas. Cette différence est due à leurs conductivités respectives. Celle du cuivre est très élevée, celle du plastique très basse, le téflon a la conductivité la plus basse des matériaux couramment utilisés, 8 fois meilleure que la stéatite, 5 fois meilleure que le verre. En fait, plus la conductivité d’une substance est élevée, plus le courant la traversera facilement et plus la conductivité est basse, plus le courant aura du mal à passer.
C’est l’Ingénieur et Chercheur Allemand Werner Von SIEMENS (fondateur de l’entreprise du même nom) qui découvrit, calcula et mis en forme les équations mathématiques de la conductivité, il vulgarisa la conductivité des matériaux dont l’unité de mesure est le Siemens « S » ou le micro Siemens « µS ».

Ce brin de théorie sur la conductivité nous amène au cœur de cet exposé : « la conductivité du sol,  paramètre essentiel pour propager les ondes radioélectriques », lesquelles sont influencées par la capacité du sol à conduire l’électricité. Plus la conductivité du sol est élevée, plus nos ondes sont bien réfléchies par celui-ci, plus la conductivité du sol est faible, plus les ondes le pénètre en le «chauffant» par effet Joule en pure perte pour nos ondes.

1.2 – Incidence de la conductivité du sol sur l’efficacité du rayonnement de nos antennes.
Une bonne conductivité du sol aux abords immédiats de l’antenne, (Zone de Fresnel), contribue au gain du système d’aérien : +10dB avec l’eau salée dans le meilleur des cas selon Mark K8MSH (Glossaire G2). (Voir Tableau A).

A contrario, avec un sol mauvais conducteur une partie plus ou moins importante de l’énergie émise par l’antenne est absorbée par le sol en le chauffant par effet joule, ce qui atténue plus ou moins fortement le rayonnement utile. Nos ondes rayonnées sont donc largement influencées par l’environnement immédiat de l’antenne et notamment par la conductivité du sol, ce aussi bien à l’émission qu’à la réception.

Durant le trajet de l’onde le circuit de propagation HF entre 2 stations distantes utilisent un ou plusieurs rebonds entre la ionosphère et le sol, la conductivité de chaque zone de réflexion terrestre est essentielle, le sol réfléchit plus ou moins l’onde qui la frappe, cette atténuation peut être négligeable, moyenne voir totale pour certains sols qu absorbent complètement l’onde qui lui arrive. Si l’onde frappe un sol conducteur comme l’eau de mer, les pertes sont négligeables, l’onde ne pénètre pas dans le sol, elle est parfaitement réfléchie par la zone maritime et peut repartir vers la ionosphère pratiquement sans atténuation. A contrario, si l’onde frappent un sol mauvais conducteur, steppe désertique avec un sol très sec ou gelé, elle pénètre profondément dans le sol, le signal est très affaibli, parfois totalement absorbé.

Donc la conductivité varie selon la nature du sol, laquelle détermine la profondeur de pénétration de l’onde rayonnée dans le sol et par là même son atténuation. (Voir Tableau « B »).

Conclusion :
Plus la conductivité augmente, meilleur est le passage du courant. Inversement, plus elle diminue, plus elle s’opposera au passage du courant. Nous avons vu que la conductivité des sols est lourde de conséquence depuis la formation de l’onde de départ et jusqu’à son arrivée au récepteur, ce en tenant compte des multiples rebonds entre la ionosphère et le sol durant le circuit de propagation.

A – Tableau de la conductivité des principaux éléments naturels.

Conductivité du sol en Siemens  « S »Gain apporté par le sol
Eau de mer                                       5 S+ 10dB
Zone marécageuse                      0,05 S+ 6dB
 Eau douce, lac, étang                 0,03 S+ 4,5dB
Zone de prairie                           0,005 S+ 3dB
Zone sèche, steppe, ville          0,0005S0 dB

2 – Pénétration des ondes dans le sol, (rappel) selon Daniel †  F1BRO   (Voir Glossaire G3)

Plus la conductivité du sol est grande, moins une onde radio le pénètre.  En zone de prairie, à 10MHz, l’onde pénètre jusqu’à 15 mètres dans le sol et c’est plusieurs dizaines de mètres dans un sol très sec.. Dans l’eau de mer, la pénétration à 10MHz est de quelques centimètres. La profondeur de pénétration dépend de la fréquence : elle est d’autant plus faible que la fréquence est élevée. Nous savons que plus l’onde pénètre dans le sol, plus elle est atténuée, d’où l’importance d’élever nos antennes lorsque qu’on est loin de la mer comme en Bourgogne et de les approcher près de la mer en Bretagne ou sur un atoll.

B – Tableau de la profondeur (en mètres) de pénétration dans différents type de sols,

P en m : profondeur de pénétration dans le sol    Nature du sol p à 1MHz p à 10MHz p à 100MHz p à 1GHz
 Sol très sec9090 90 40 
 Sol de conductibilité moyenne301560.5 
 Eau douce à 20°C151040.3
 Terrain très humide (marécage)5310.2
 Eau de mer à 20°C ***0.30.080.0150.001

3 – Mes systèmes d’antennes sur les atolls et aux Marquises depuis 2012
Selon Mark K8MSH G2, grâce à la conductivité accrue de l’eau de mer, qu’il nomme « amplificateur d’eau salée », le rayonnement de l’antenne est augmenté par l’eau de mer avec un gain de près de +10dB.  Vincent F4BKV (Glossaire G4) a expérimenté lors de plusieurs DXP, des antennes VDA depuis l’intérieur  d’un atoll et sur le lagon avec des publications intéressantes, dont je se suis inspirées pour mes VDA.

PG5M (Voir Glossaire G5)  a développé une VDA tribande dont j’ai repris l’idée pour développer d’autres VDA multibandes que je peux facilement installer seul et que j’utilise lorsque je dispose d’un lagon ou de la mer.

3.1 – Mes expérimentations. Depuis 2012, j’expérimente en Métropole des antennes fabrication maison pour la Polynésie Française où je vis plusieurs mois par an. Une fois dans les îles, lorsque possible j’adapte les supports d’antennes avec des matériaux locaux, bambous, cocotiers et autres grands arbres pour y accrocher des filaires comme des sloper, delta loop, square, etc… pour cela je coiffé les arbres avec des cordages et des poulies facilement démontables. (Pour la technique d’accrochage me contacter).

3.2 – Les Marquises sont très montagneuses et couvertes d’une végétation dense et humide. Ce sont des îles hautes sans lagon où tout le monde vie en altitude à cause des possibles tsunamis. Dans cet environnement montagneux, la polarisation Horizontale est privilégiée en bandes hautes avec des Quad, Yagi, Moxon, Spiderbeam, LPDA, Hexbeam.  Sur les bandes basses, à part une Lévy 2x26m à 20m de haut que j’installe parfois, ce sont des verticales radians hauts 2él sur 30 et 40m commutables SP/LP.  Sur 80m, la verticale à 2 radians hauts accordés est ma préférée, parfois d’installer 2x20m de radians hauts, alors c’est une verticale avec 24 radians au sol.

3.3 – Les atolls sont le lieu des antennes à polarisation verticale.  (Voir Glossaire G6)

J’ai expérimenté des Quad, Dela Loop, GP, Sloper, VDA, en polarisation verticale. Les cocotiers  qui surplombent le lagon sont autant de mâts pour        certaines antennes. Ces supports naturels complètent mes mâts fibre et alu. Une fois installées, elles sont testées et comparées. Elles permettent toujours d’excellents « pile-up » en DX.

Conclusion : généralement j’ai obtenu de meilleurs résultats sur le    lagon avec des ANT à polarisation Verticale et aux Marquises avec des ANT à polarisation Horizontale, sauf avec les 2él verticales radians hauts utilisées sur les bandes basses.

Sur les îles avec un lagon, les VDA et Vert. « lagon » se « taillent la part du lion »…C’est l’endroit idéal des antennes qui tirent le plus bas possible sur l’horizon. La Quad testée 6 mois à Huahine sur le lagon était plus meilleure en polarisation Verticale qu’Horizontale.

3.4 – Aux Marquises la Cubical Quad 5 bandes du 10 au 20m en polar Horizontale, commutable SP/LP est remarquable, ensuite on trouve dans    l’ordre  la Spiderbeam et l’Hexbeam. Pour les bandes basses la Lévy 2 x 26m à 20m du sol donne d’excellents résultats. Sur ces îles très escarpées, l’angle d’élévation des antennes doit être d’au moins 15° pour passer au-         dessus des falaises. A 10° d’élévation ou en dessous, le départ des ondes est en partie absorbé par la montagne et sa canopée très dense.

3.5 – Mes antennes lagon sur l’atoll de Tikehau

J’ai fabriqué 3VDA qui offrent l’avantage de tirer très bas sur l’horizon, entre 0° et 7° avec une ouverture intéressante en DXP de ± 80°.  La 1ère VDA est pour le 6m, la 2ème pour le 10 et 12m et la 3ème pour le 15, 17 et 20m. Ces antennes 2 éléments (1 Radiateur, 1 Réflecteur) ont une polarisation verticale avec un gain ±  3dB qui se combine avec le gain lagon, offrent dans les meilleures conditions un gain global de ± 12dB, c’est considérable pour de si modestes antennes.  Mes Verticales 30 et 40m utilisent des radians flottants à la surface du lagon. C’est sans doute la principale raison des forts signaux que les Européens ma passent avec FO/F6BCW ce printemps 2026.

Vous trouverez ci-dessous le schéma simplifié de la formation de l’onde au départ d’une « VDA Lagon ». (Voir schéma C)

4 – Antenne Verticale « lagon » mono bande à 2 radians flottants  (Voir schéma D)

Selon Mark, K8MSH (Voir G2),  cette antenne bénéficie du gain lagon ± 10dB.

L’antenne est fabriquée en fil multibrin souple de 1,5 ou 2,5mm² et préréglée en métropole. Elle est ensuite installée au-dessus du lagon et ajustée à l’analyseur d’antenne avec 2 ou 3 radians dont 10m flottent à la surface du lagon et sont répartis en patte d’oie. Les radians sont à peine tendus afin d’absorber les marées du lagon, les courants maritimes et le clapot. Ils sont en fils de clôture électrique pour parc à animaux, (nylon et conducteur tressés). Les fils conducteur sont en aluminium, acier ou cuivre étamé, choisir une section de 9 fils de 0,22 tressés avec le nylon. Ces radians se prolongent par une drisse nylon au bout de laquelle une pierre de 2 ou 3kg  les maintiennent au fond du lagon. C’est solide, léger et ça résiste assez bien à l’eau de mer. Pensez à enlever les algues qui s’accrochent aux radians de temps à autre.

Toujours selon Marc K8MSH G2,  il est impératif que les radians flottent à la surface de l’eau de mer, (pas de radians coulés, ni en tension).  .

* Le brin rayonnant de l’antenne est accroché par un système de cordages et poulies au sommet d’un aïto de bonne hauteur, de la famille des résineux appelé aussi « bois de fer » pour sa solidité.
Vous pouvez utiliser un grand cocotier comme support de votre système de poulie, mais attention les palmes du cocotier sont comme des scies très affûtées, mieux vaut passer un petit câble acier qui prolonge la drisse nylon sur quelques mètres afin de coiffer le cocotier avec, sinon gare à l’usure très rapide de la drisse provoquant la chute de l’antenne, (ça m’est arrivé), sans compter la perte possible des poulies coincées alors dans le cocotier.

Certains ont tenté des drones pour passer le système de drisse au-dessus les arbres. Sa manœuvre est compliquée à cause des vents, du manque de vision du drone qui est caché par la végétation et du fil de remorque du drone qui peut s’accrocher à tout instant dans les arbres et « planter » le drone.

Pour ma part, depuis 1970 j’utilise un bon lance pierre de chasse, un plomb de pêche de 60g relié à 120m de fil de pêche tressé jaune fluo pour bien voir la retombée du fil qui a une résistance 30kg ; ce fil est enroulé sur un assez gros moulinet de pêche en mer que l’on trouve facilement pour ± 30€ dans les magasins de sport. Une fois coiffé par le fil, je passe de la drisse de 2mm, puis de 4mm avec les poulies.

Un peu d’entraînement et ça fait très bien l’affaire en permettant l’élévation du système de drisses avec une ou deux poulies pour toutes mes verticales et autres filaires, delta-loop, etc…

De plus avec ce matériel, je peux pêcher la carangue du lagon et autres poissons durant les moments de détente, les BBQ s’en souviennent. A défaut d’arbres pour accrocher les poulies, on peut  utiliser des cannes en fibre de verre de 12 ou 18m, dans ce cas pas besoin de lance pierre, mais c’est beaucoup plus lourd et encombrant lors du transport par avion.

Avec les liens suivants vous trouverez une mine d’informations intéressantes qui complètent cet article :

            « Le sol et les ondes radio… »  de Daniel † (F1BRO) G2

            « Voir les vidéos sympas de K4OGO G6  sur ses essais avec des verticales en bord de mer.

            « Verticales au sol – Influence des radians » d’ André † (F5AD) G7

            « Antennes à radians enterrés et élevés » où Mark, K8MSH G8   fournit d’intéressants résultats sur l’efficacité d’une verticale 120 radians enterrés, comparée avec 4 radians accordés et élevés à 2m         au-dessus du sol.

          73, Didier F6BCW                                                                        Contact : f6bcw@orange.fr

Glossaire

  1. RECOMMANDATION UIT-R P.527-3* CARACTÉRISTIQUES ÉLECTRIQUES DU SOL R-REC-P.527-4-201706-I!!MSW-F.docx

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