Le sans fil, ça vous branche - Olympiades de Physique France

COME Rémi
HOUCHOUAS Valentin
LELIEVRE Alban
THEARD Kevin
Le sans fil, ça vous branche ?
XVII° Olympiades de Physique
Année 2009 – 2010

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Remerciements
Nous tenons à remercier un certain nombre de personnes, sans lesquelles notre projet
n’aurait pas pu aboutir.
Tout d’abord, nous remercions M.De la Vaissière et M.Minzière, respectivement proviseur
et proviseur adjoint du lycée Douanier Rousseau, pour nous avoir permis de participer aux
Olympiades de Physique et pour avoir mis une salle à notre disposition.
Beaucoup de personnes nous ont accordé leur aide au cours de ces derniers mois. Le
premier d’entre tous est bien sûr Alain Buttier, laborantin du lycée, qui nous a permis
d’envahir – littéralement – son laboratoire, et qui nous a fourni les connaissances
indispensables dont nous avions besoin pour la réalisation de nos circuits.
Nous remercions également M.Lemaître, professeur d’électronique au lycée Réaumur,
qui nous a conseillés dans le domaine de l’électronique, notamment lorsque nous avons
envisagé de monter en fréquence.
Merci également aux membres du jury de la sélection régionale des Olympiades au
Mans, qui nous ont conseillés quant à l’orientation de notre projet pour la finale.
Nous tenons aussi à saluer l’aide plus qu’importante que nous a accordé l’IETR de
Rennes (Institut d’Électronique et de Télécommunications de Rennes). L’IETR est un
établissement de recherche public possédant un grand savoir en matière de
radiofréquences, transmissions sans fils et antennes. Nous remercions M.Himdi, chercheur
du CNRS à l’IETR, pour nous avoir accueillis au sein de l’IETR et pour nous avoir écoutés
durant la présentation de notre projet.
Nous faisons un remerciement spécial à M.Avrillon, enseignant-chercheur du CNRS à
l’IETR également, ainsi que M.Le Saint, préparateur à l’université Rennes 1. M.Avrillon a en
effet suivi notre projet avec grande attention, et nous a fait part de nombreux conseils pour
améliorer nos réalisations. De plus, il nous a accueillis à l’IETR pendant de nombreuses
heures lorsque nous étions bloqués, et son aide a toujours été précieuse. Nous le
remercions donc chaleureusement pour avoir donné de son temps et de sa personne.
Enfin, nous remercions ceux sans qui rien n’aurait été possible, ceux qui nous ont
accompagnés du début jusqu’à la fin. Nous voulons parler de nos professeurs, avec tout
d’abord M.Cancouët qui nous a encouragé à participer. Et surtout, nous voulons parler d’un
professeur de physique qui ne nous connaissait pas l’année dernière, et qui pourtant s’est
intéressé à notre sujet de TPE : M.Michel. M.Michel est celui qui nous a proposés de
participer aux Olympiades ; il a dépensé énormément de temps pour ce projet, et a passé de
nombreux midis, mercredis après-midi, et même des jours de vacances avec nous pour
réaliser des montages, des expériences, ou tout simplement pour nous expliquer des points
obscurs. Pour toutes ces heures que vous avez partagées avec nous, pour toute cette
énergie que vous avez investie, M.Michel, merci.

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Avant-propos
Au début de notre projet nous avions monté à l’aide du matériel du lycée une chaîne
permettant de transmettre de la musique par voie hertzienne entre deux ordinateurs. Ce
travail nous a permis d’acquérir les connaissances expérimentales et théoriques notamment
sur la modulation d’amplitude. Il a été présenté lors de la présélection au Mans le 9
décembre dernier. Les membres du jury avec lesquels nous avons conversé après l’annonce
des résultats nous ont alors conseillé de ne pas présenter ce travail, jugé classique, lors de
la finale mais de recentrer notre oral sur les autres parties notamment sur les parties traitants
des antennes et celle portant sur la transmission..
Nous avons donc retiré la partie de notre mémoire correspondant à ce travail et l’avons
porté en annexe. Notre mémoire s’est par contre enrichi du travail effectué depuis le 9
décembre.
Résumé du projet
Comment se déroule une transmission sans-fil ? C’est la question qui constitue le départ
de notre projet. Nous montrerons tout d’abord le principe d’envoi de données par les ondes :
nous réaliserons un système de « chat » sans-fil entre deux ordinateurs. Notre but sera donc
de réaliser un montage capable de « traduire » un signal issu de l’ordinateur en onde
électromagnétique. Enfin, nous essaierons également de mettre en évidence les
phénomènes se déroulant lors de la propagation des ondes. Nous devrons réaliser un
dispositif expérimental à haute fréquence : nous fabriquerons nos propres antennes en
confrontant les données d’un logiciel de simulation à des mesures réelles ; nous réaliserons
nos propres émetteur/récepteur numériques blindés; enfin, nous réaliserons quelques
manipulations, avant de remettre en cause tout notre montage au lendemain de notre
qualification pour la finale. En effet, pour pouvoir effectuer des expériences plus
convaincantes, nous réaliserons un montage basé sur un fonctionnement analogique.

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Sommaire
Présentation de l’équipe 5
Introduction 6
I - Comment transmettre des données sans-fil ? 7
A.Un peu de théorie : qu'est-ce qu'une onde électromagnétique ? 7
B.Pourquoi moduler ? 8
C.Mise en œuvre : réalisation d’une transmission numérique 9
D.Les limites de la chaîne 12
II - D’une antenne à l’autre… 13
A.Conception de deux antennes 13
B.Réalisation d’un dispositif expérimental 18
C.La propagation des ondes 21
III - Et l’aventure continue... 25
A.Pourquoi une nouvelle chaîne ? 25
B.Entrée dans la chambre anéchoïde... 26
C.L’assemblage de la chaîne 29
D.De nouvelles mesures 31
Conclusion 32
Bibliographie 32
Annexes 33

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Présentation de l’équipe
Notre équipe comporte quatre lycéens ; trois (Valentin Houchouas, Rémi Côme et Alban
Lelièvre) sont issus d’un groupe de TPE travaillant sur le Wi-Fi en 2008/2009. Le quatrième,
Kévin Théard, nous a rejoints peu après.
De gauche à droite
: Kévin Théard, Alban Lelièvre, Valentin Houchouas et Rémi Côme