Fabriquer un récepteur radio à cristal

En une phrase

Le récepteur radio à cristal est le plus simple des appareils radio : pas de pile, pas de tube, pas de transistor — juste une antenne, un circuit accordé, un cristal détecteur et un écouteur, qui captent les ondes radio et les transforment en son audible.

Qu’est-ce que c’est ?

Le récepteur radio à cristal (ou récepteur à galène) est un appareil de réception radio qui fonctionne sans aucune source d’alimentation. L’énergie nécessaire est fournie uniquement par les ondes radio elles-mêmes. C’est le plus simple des récepteurs radio et le premier jamais inventé.

Le principe est élégant :

1. L’antenne capte les ondes radio dans l’air et les convertit en courant électrique
2. Le circuit accordé (bobine + condensateur) sélectionne une fréquence précise parmi toutes les ondes captées
3. Le cristal détecteur transforme le courant alternatif radio en courant continu, extrayant le signal sonore
4. L’écouteur convertit le courant en son audible

Le récepteur à cristal est limité : il ne capte que les stations puissantes et proches, le son est faible (un seul écouteur), et il ne peut pas émettre. Mais il est construit avec des composants rudimentaires et constitue le premier pas vers la communication radio.

Les composants et comment les fabriquer

L’antenne

L’antenne est un long fil métallique tendu en hauteur qui capte les ondes radio. Plus l’antenne est longue et haute, plus elle capte de signal.

• Longueur : 10 à 30 mètres de fil de cuivre ou de fer galvanisé. Le fil de fer galvanisé est plus résistant que le cuivre pour les antennes extérieures.
• Hauteur : tendre le fil entre deux points élevés (mât, toit, arbre). L’antenne doit être le plus haut possible.
• Isolation : le fil ne doit toucher aucun objet métallique ou arbre. Utiliser des isolateurs en verre (voir Fabriquer du verre), en céramique (voir Fabriquer de la poterie) ou en corde sèche à chaque point d’attache.
• Orientation : pour la bande AM (ondes moyennes), l’antenne peut être horizontale ou inclinée. Pour les ondes courtes, une antenne horizontale ou en L fonctionne.

Le circuit accordé (bobine + condensateur)

Le circuit accordé sélectionne une fréquence radio précise. Il est composé d’une bobine et d’un condensateur.

La bobine :

1. Enrouler 80 à 120 tours de fil de cuivre isolé (voir Fabriquer des fils et câbles) sur un tube en carton, en bois ou en argile cuite de 5 à 10 centimètres de diamètre et 15 à 20 centimètres de long.
2. Les spires doivent être régulières et serrées. Laisser 20 centimètres de fil libre à chaque extrémité.
3. Placer un curseur (un fil rigide avec une pointe) qui peut toucher n’importe quelle spire. Le curseur permet d’accorder le circuit en changeant le point de connexion sur la bobine. C’est le réglage de fréquence.

Le condensateur (optionnel mais recommandé) :

• Un condensateur variable est un ensemble de plaques métalliques qui s’emboîtent. En tournant un axe, on change la surface de recouvrement des plaques, ce qui change la capacitance et donc la fréquence de réception.
• Fabrication rudimentaire : découper des plaques d’aluminium ou de fermince (feuille de métal) de 5 centimètres de diamètre. Empiler 10 plaques fixes et 10 plaques mobiles qui glissent entre les fixes. Les plaques fixes sont connectées entre elles, les plaques mobiles sont connectées entre elles. L’axe de rotation des plaques mobiles est isolé des plaques fixes.
• Alternative simple : utiliser la capacitance parasite de l’antenne et de la bobine. Pas besoin de condensateur séparé si la bobine est suffisamment grande.

Le cristal détecteur

Le cristal détecteur est le composant clé qui transforme le signal radio en signal audio. C’est une diode rudimentaire.

Option 1 — Cristal de galène (la meilleure) :

• La galène (sulfure de plomb) est un minerai gris métallique, cubique, très lourd. On la trouve dans les gisements de plomb (voir Extraire le fer pour les méthodes de prospection minérale).
• Casser un cristal de galène pour obtenir une surface fraîche et brillante.
• Poser un fin fil métallique (appelé “moustache de chat”) sur la surface du cristal. Le fil est en phosphor-bronze, en laiton ou en fil de cuivre fin (0,1 mm).
• Adjuster la position du fil sur le cristal jusqu’à trouver un point sensible où le signal est le plus fort. C’est l’opération la plus délicate — on bouge le fil millimètre par millimètre jusqu’à entendre le signal.

Option 2 — Pyrite de fer :

• La pyrite de fer (disulfure de fer) est un minerai jaune doré, cubique, très commun dans les gisements de fer et de cuivre.
• Même principe que la galène : poser le fil sur la surface fraîche et chercher le point sensible.
• La pyrite est moins sensible que la galène mais plus facile à trouver.

Option 3 — Coke de charbon :

• Un morceau de coke de charbon de terre (voir Construire un four à coke) avec une pointe de fil en acier posée dessus fonctionne aussi comme détecteur rudimentaire.
• C’est le moins sensible des trois, mais le plus accessible si on a du coke.

Option 4 — Diode moderne (si disponible) :

• Si on a accès à des composants de récupération, une diode au germanium (type 1N34A ou OA90) ou une diode Schottky fonctionne parfaitement comme détecteur. C’est de loin la solution la plus simple et la plus fiable.

L’écouteur

L’écouteur convertit le courant audio en son. Il faut un écouteur haute impédance (2000 à 8000 ohms).

• Écouteur cristal piézoélectrique : le plus simple à fabriquer. Un cristal de sel de Rochelle (tartrate double de potassium et de sodium) collé à une membrane métallique vibre quand le courant passe. Voir Fabriquer un télégraphe pour le principe de l’électro-aimant.
• Écouteur magnétique : un électro-aimant fait vibrer une membrane en fer doux. Fabriquer une bobine de 1000 à 3000 tours de fil fin sur un noyau de fer doux. La membrane est une feuille de fer mince tendue au-dessus de la bobine.
• Casque de récupération : les vieux écouteurs de téléphone ou de radio sont parfaits. Ils ont la haute impédance nécessaire.

La prise de terre

La prise de terre est aussi importante que l’antenne. Elle complète le circuit et fournit la contre-partie du signal.

• Enfoncer un pieu en fer ou en cuivre de 50 centimètres dans le sol humide.
• Brancher le fil de terre sur le pieu.
• Plus le sol est humide, meilleure est la terre. Arroser le pieu par temps sec.

Étapes détaillées de construction

1. Fabriquer la bobine

1. Couper un tube en carton de 8 centimètres de diamètre sur 15 centimètres de long.
2. Percer deux trous à 2 centimètres de chaque extrémité du tube.
3. Passer le fil de cuivre isolé dans le premier trou et le fixer avec un noeud.
4. Enrouler le fil régulièrement, spire par spire, sur toute la longueur du tube. Faire 80 à 120 tours.
5. Fixer la fin du fil dans le second trou avec un noeud.
6. Gratter l’isolation du fil sur toute la surface extérieure de la bobine avec un couteau ou du papier de verre. Attention : ne gratter que le côté extérieur. Le courant doit pouvoir passer du curseur à n’importe quelle spire.
7. Fixer un fil de cuivre rigide (le curseur) sur un pivot à une extrémité de la bobine. L’extrémité libre du curseur touche la surface grattée de la bobine.

2. Monter le cristal détecteur

1. Fixer le cristal de galène ou de pyrite dans un petit support en bois ou en argile. Le cristal doit être stable et ne pas bouger.
2. Monter le “moustache de chat” : un fin fil de métal tendu sur un bras pivotant. L’extrémité du fil touche la surface du cristal avec une pression légère.
3. Régler la position du fil pour trouver le point sensible. C’est l’opération la plus délicate et qui demande la patience.

3. Câbler le circuit

Le câblage est simple. Le circuit complet est :

Antenne ---- Bobine ---- Curseur
                      |         |
                  Cristal ---- Ecouteur ---- Terre

1. Connecter l’antenne à l’extrémité supérieure de la bobine.
2. Connecter la prise de terre à l’extrémité inférieure de la bobine.
3. Connecter le curseur à une extrémité du cristal détecteur.
4. Connecter l’autre extrémité du cristal détecteur à l’écouteur.
5. Connecter l’autre extrémité de l’écouteur à la prise de terre.
6. Vérifier que toutes les connexions sont solides et que l’isolation est intacte sauf aux points de contact.

4. Installer l’antenne et la terre

1. Tendre l’antenne entre deux points élevés. Le fil doit être tendu mais pas trop (le cuivre s’étire). Utiliser des isolateurs à chaque extrémité.
2. Ne pas traverser de zones à risque (lignes électriques, toits métalliques). L’antenne capte les signaux radio mais aussi les décharges électriques.
3. Enfoncer le pieu de terre dans le sol humide, le plus proche possible du récepteur.
4. Connecter le fil de terre au pieu.

5. Accorder et écouter

1. Mettre l’écouteur à l’oreille.
2. Tourner le curseur lentement le long de la bobine. À chaque position, écouter si un son est audible.
3. Bouger le moustache de chat sur le cristal pour trouver le point sensible.
4. Quand un signal est capté : un grésillement, une voix, de la musique. Affiner le réglage en bougeant le curseur et le moustache pour trouver le volume maximum.
5. Si aucun signal n’est capté : vérifier les connexions, l’antenne et la terre. Le récepteur à cristal ne capte que les stations puissantes. Essayer la nuit quand la propagation des ondes est meilleure.

Variations par climat

• En climat tempéré : la propagation des ondes est bonne en journée et excellente la nuit. L’antenne peut être tendue entre deux bâtiments ou deux arbres. La terre est généralement bonne (sol humide).
• En climat tropical : la propagation est bonne mais les orages fréquents endommagent les antennes. Installer un parafoudre (éclateur à pointe) entre l’antenne et la terre. La terre est excellente (sol très humide).
• En climat désertique : la propagation est bonne le jour, excellente la nuit. La terre est mauvaise (sol sec). Arroser le pieu de terre régulièrement. Enfoncer le pieu plus profondément ou utiliser plusieurs pieux connectés.
• En climat froid / boréal : la propagation est excellente la nuit, surtout en hiver (ondes courtes). L’antenne peut givrer et se casser sous le poids de la glace. Utiliser un fil plus épais et plus résistant. La terre est difficile (sol gelé) : enfoncer le pieu dans un trou rempli d’eau salée.

Pièges et erreurs courantes

• Aucun signal reçu : vérifier l’antenne (trop courte, mal isolée, cassée), la terre (pieu sec, connexion lâche), le cristal (mauvais contact du moustache de chat), les connexions (fil cassé, court-circuit). Le problème est presque toujours un mauvais contact.
• Signal trop faible : rallonger l’antenne, améliorer la terre, trouver un meilleur point sur le cristal, utiliser un écouteur plus sensible.
• Plusieurs stations en même temps : l’antenne est trop large ou la bobine n’est pas assez sélective. Ajouter un condensateur variable pour affiner l’accord, ou réduire la taille de l’antenne.
• Le moustache de chat perd le contact : le fil se déplace et le signal disparaît. Fixer le bras pivotant plus fermement et ajuster la pression du fil. Certains récepteurs utilisent un cat’s-whisker fixe collé au cristal.
• L’écouteur ne fonctionne pas : vérifier la bobine de l’écouteur (fil cassé), la membrane (bloquée), les connexions. L’écouteur est le composant le plus fragile.
• Bruit de friture constant : le cristal détecteur reçoit du bruit radio en plus du signal. C’est normal pour un récepteur à cristal. Le seul remède est un meilleur accord et une antenne mieux orientée.
• Antenne touchée par la foudre : toujours installer un parafoudre (un éclateur à pointes) entre l’antenne et la terre. Déconnecter l’antenne du récepteur pendant les orages.

Une fois que vous savez faire ça, vous pouvez débloquer

• Construire une radio — ajouter un amplificateur pour capter plus de stations
• Construire un émetteur radio à ondes courtes — passer de la réception à l’émission
• Fabriquer un télégraphe — recevoir des signaux télégraphiques par radio au lieu de fil
• Surveillance météo et alertes à distance

Notes

• Le récepteur à cristal a été inventé au début du 20e siècle. Pendant la Première Guerre mondiale, les soldats en fabriquaient avec des lames de rasoir et des cristaux de galène trouvés sur le terrain.
• Le récepteur à cristal ne nécessite aucune batterie ni source d’alimentation. Toute l’énergie vient des ondes radio captées par l’antenne. C’est pourquoi le son est toujours faible — l’énergie disponible est minime.
• La galène se trouve dans les anciens districts miniers de plomb. Les cristaux cubiques gris métalliques sont caractéristiques.
• La nuit, les ondes radio se propagent beaucoup plus loin que le jour. La plupart des stations AM sont plus faciles à capter après le coucher du soleil.
• Un bon récepteur à cristal avec une antenne de 30 mètres peut capter des stations à 100 à 500 kilomètres en ondes moyennes (AM), et des stations à 1000 kilomètres ou plus en ondes courtes la nuit.

Ressources externes

• Meshtastic — protocole de communication radio numérique maillé (complément moderne)
• Survivor Library — manuels historiques de radio et d’électronique (catégorie « Radio » et « Electronics »)
• Appropedia — tutoriels de fabrication de récepteurs à cristal et d’antennes radio
• APRS — protocole de communication radio numérique, évolution moderne de la télégraphie