Le bricolage en famille de cet été visait à capter les émissions radio des satellites. Le point de départ est une clé RTL-SDR que mon fils m’a offerte pour la fête des pères. Une clé USB, un ordinateur portable, une antenne, et on entre dans le monde confidentiel des ondes :).
Un précédent : le poste à galène qui ne captait rien
Ce n’est pas notre première tentative radio : l’été précédent nous avions monté un poste à galène à partir de composants de base : un cristal de sulfure de plomb (puis également essayé une diode au germanium), une bobine, un condensateur variable, un condensateur papier de 500pF, + de 10m de fil, un écouteur, avec multimètre et oscilloscope pour vérifier le circuit.
Résultat : rien. Pas un souffle de station. Nous avons repris le montage et cherché l’erreur pendant longtemps, persuadés qu’elle venait de nous… jusqu’au moment où nous avons eu l’idée d’écouter la bande longues ondes sur l’autoradio d’une voiture… et là : rien non plus !
Le montage n’y était donc pour rien, simplement personne n’émettait : les grandes radios françaises ont toutes quitté les grandes ondes en quelques années (France Inter a arrêté le 162 kHz au 1er janvier 2017, Europe 1 en 2019, RMC en 2020, et RTL début 2023).
Bref, cela nous a valu une bonne leçon : avant de chercher la panne dans son propre montage, il faut vérifier qu’il y a bien quelque chose à recevoir. C’est exactement ce que permet le SDR, qui montre le spectre avant même de chercher à démoduler.
Que trouve-t-on dans le spectre radio ?
Avant de brancher quoi que ce soit, il faut savoir où chercher.
La frise « Organisation du spectre des fréquences » publiée par l’ANFR (Agence nationale des fréquences) couvre tout le spectre de 3 kHz à 300 GHz, bande par bande, avec les usages et les affectataires : radiodiffusion, aéronautique, maritime, militaire, mobile, satellite, météorologie, radioamateurs. Très explicite !
Deux zones nous intéressent ici. La bande VHF autour de 137 MHz, où les satellites météo défilants transmettent leurs images en basse résolution. Et la bande L, entre 1,5 et 1,7 GHz, où circulent les signaux Inmarsat et les transmissions haute résolution de ces mêmes satellites météo.
Le matériel et les logiciels
- une clé RTL-SDR (récepteur radio logiciel couvrant grossièrement de 24 MHz à 1,7 GHz) ;
- un MacBook ;
- SDRangel, pour explorer le spectre et démoduler à la volée ;
- SatDump, pour suivre un satellite, enregistrer son passage et décoder les images ;
- l’antenne télescopique de base fournie avec la clé (puis ensuite une antenne hélice construite pour la bande L, nous en parlerons plus loin)
Là mon fiston a pris les rennes du projet 😀
Les deux logiciels tournent nativement sur Mac et sont gratuits. SDRangel est le couteau suisse : on y ouvre un spectre, on y ajoute des démodulateurs. Lors de notre premier essai, début juillet depuis Paris, nous avons un peu tout essayé en termes de captation : les balises des avions, les radios FM, les radiosondes de Météo-France…
Premiers passages : Meteor-M2 à 137 MHz
Les satellites Meteor-M2 de Roscosmos sont des satellites météo en orbite polaire. Ils diffusent en continu une image de la Terre en LRPT (Low Rate Picture Transmission) autour de 137,9 MHz, sans chiffrement. Ce sont les cibles idéales pour débuter : un passage dure une dizaine de minutes, il en passe plusieurs par jour, et l’on peut prévoir leur trajectoire au degré près.
SatDump fait l’essentiel du travail. On choisit le satellite, le logiciel affiche sa trajectoire sur un diagramme polaire (azimut, élévation, heure de perte de signal), on lance l’enregistrement et le démodulateur OQPSK tente de se synchroniser.
Le premier essai, le 4 août, a échoué. La capture le montre clairement : la constellation est un nuage de points sans structure, le rapport signal sur bruit plafonne autour de 2 dB et le décodeur reste sur « NOSYNC ». Le signal était bien visible dans la cascade, mais trop faible pour être décodé avec l’antenne télescopique, depuis l’intérieur.
La leçon est la même que dans tous les projets radio : l’antenne et l’environnement comptent plus que le récepteur.
Une nuit dans un champ à Romme-sur-Cluses
En Haute-Savoie, à Romme-sur-Cluses, l’horizon est dégagé et le bruit radio urbain quasi absent. Le dispositif tient sur une couverture posée dans l’herbe : l’ordinateur, la clé, l’antenne.
Cette fois, le signal sort nettement du bruit et le décodage aboutit. Entre le 8 et le 10 août, nous avons récupéré plusieurs passages de Meteor-M2 4. Le premier, capté vers 16 h le 8 août, ne donne qu’une bande étroite : le satellite passait bas sur l’horizon. Les suivants couvrent une grande partie de l’Europe, des Alpes à l’Adriatique, avec les masses nuageuses parfaitement lisibles.
SatDump produit aussi une version projetée, recalée sur une carte avec les frontières en surimpression. C’est le moment où le projet prend tout son sens : on reconnaît l’Italie, la Corse, les Alpes, et l’on sait que l’image a voyagé directement d’un satellite à 800 km d’altitude jusqu’à une clé USB posée dans un champ.
Les bandes noires et les lignes hachées en bord d’image correspondent aux moments où le signal était trop faible, en début et en fin de passage, ou quand l’antenne n’était plus dans le bon axe. Un suivi plus régulier, ou une antenne mieux adaptée, les réduirait.
Passer à la bande L : construire une antenne hélice
L’étape suivante était de monter en fréquence. En bande L, les satellites météo transmettent en haute résolution, et l’on peut aussi capter les canaux Inmarsat (autour de 1541 à 1551 MHz). Mais à ces fréquences, l’antenne télescopique ne sert plus à rien.
Je me suis appuyé sur le guide de thebaldgeek, « How to build an L-Band ground station » (thebaldgeek.github.io/L-Band.html), qui est la référence la plus pratique que j’aie trouvée. Il décrit une hélice de 7 tours en polarisation circulaire droite, avec :
- un tube de cuivre souple de 4 mm, environ 2 m ;
- un support pour tenir les spires à l’écartement correct (le guide fournit un fichier à imprimer en 3D ; notre premier gabarit « methode ghetto » était en carton) ;
- un réflecteur plan, ici une plaque à pizza en métal ;
- un connecteur SMA à embase, sur lequel on soude l’extrémité du cuivre ;
- idéalement un LNA (préamplificateur faible bruit) bande L placé juste derrière l’hélice, alimenté par le Bias-T de la clé.
Le cuivre se met en forme autour d’un gabarit, puis on le tend régulièrement sur le support pour obtenir le bon pas. La clé RTL-SDR vient se brancher directement sous le réflecteur, ce qui supprime le câble coaxial et ses pertes, importantes à 1,5 GHz.
Mais ça n’a pas fonctionné !
Une fois montée, l’antenne n’a rien donné. Aucun signal exploitable en bande L.
Le suspect principal est la jonction entre le cuivre et le connecteur SMA : je n’avais pas sur place le matériel de soudure requis, et la liaison n’a pas pu être faite correctement. À 1,5 GHz, une jonction approximative suffit à tout perdre.
S’ajoutent probablement d’autres facteurs, que je n’ai pas pu isoler : l’absence de LNA, un pas d’hélice approximatif sans analyseur d’antenne pour vérifier l’accord, et la directivité de l’hélice, qui impose de suivre le satellite avec précision pendant tout le passage.
Et maintenant ?
De retour à Paris, j’ai pu finaliser l’antenne avec du matériel idoine, mais pour la tester l’exercice est nettement moins facile : l’horizon est encombré, le bruit radio urbain est élevé, et les vitrages modernes atténuent fortement les signaux en bande L. L’antenne attend donc patiemment un retour dans un endroit dégagé.
Prolongement : passer de l’écoute à l’émission avec LoRa… and going offgrid !
L’expérience de l’été m’a donné envie de franchir l’étape suivante. Avec le RTL-SDR, on écoute. Avec LoRa, on émet et l’on reçoit, sur de longues distances et avec très peu d’énergie.
LoRa est une modulation radio conçue pour transmettre de petits messages à plusieurs kilomètres, dans la bande libre des 868 MHz en Europe. Deux firmwares libres transforment ces petites cartes LoRa en réseau maillé, sans opérateur, sans Internet, sans réseau mobile. Ils tournent sur le même matériel mais ne se parlent pas entre eux. Avec Meshtastic, le plus connu, chaque nœud relaie tout ce qu’il entend, dans la limite de quelques sauts : c’est simple et cela fonctionne dès deux appareils. MeshCore, plus récent, confie le relais à des répéteurs fixes qui acheminent les messages vers leur destinataire : cela demande d’installer une infrastructure, mais le réseau tient mieux la charge et porte bien plus loin, jusqu’à 64 sauts. C’est ce qui le rend intéressant pour couvrir une ville ou une région. Reticulum, que je regarde aussi, pousse la même logique plus loin avec une pile réseau complète et chiffrée, indépendante du support physique.
Le projet consiste donc à fabriquer un connecteur LoRa pour l’ordinateur, utilisable depuis un Smartphone, un Mac, une machine Linux ou un Raspberry Pi. Je suis parti sur des cartes Heltec WiFi LoRa 32 V4 en 868 MHz : un ESP32, une puce LoRa, un petit écran OLED et une connexion USB-C, le tout pour le prix d’un repas. J’avais prévu de commencer par Meshtastic, je pars finalement sur MeshCore pour le premier nœud, relié au téléphone en Bluetooth.
J’ajoute une batterie LiPo LP103454 d’environ 2000 mAh, j’imprime en 3D une petite boîte en PLA translucide, avec une fenêtre pour l’écran, et hop je suis mobile ! 🙂
Amusant, j’ai l’impression d’y retrouver les discussions sur les chan IRC des débuts de l’Internet (« ouh le vieux » -oui-)
Ah ! Paris étant entouré de champs, le réseau Mesh parisien est totalement isolé du reste de l’Europe du Nord, alors que Suisse, Allemagne, Hollande, Belgique sont entièrement connectés ! Mais cela se structure : une association parisienne se monte en ce moment même !
Mais il va falloir dropper des relais dans les champs de France 😉
Le lien avec l’expérience de l’été : 868 MHz se trouve dans la plage couverte par la clé RTL-SDR. La même clé et SDRangel permettent donc de voir passer les trames LoRa dans la cascade, et de vérifier qu’un nœud émet bien avant de chercher le problème ailleurs.
Et voilà, avec une clé bon marché et deux logiciels gratuits, nous avons reçu et décodé nous-mêmes des images satellites, et compris par l’échec ce que la bande L exige. Nous sommes tout de meme partis d’un poste à galène à l’ancienne (analogique !!!) à une techno numérique avec du matériel de pointe 😉 La suite au prochain été, ou au prochain week-end loin de la ville !
Pour aller plus loin
- ANFR, « Organisation du spectre des fréquences (3 kHz – 300 GHz) », frise en PDF sur anfr.fr
- thebaldgeek, « How to build an L-Band ground station » : https://thebaldgeek.github.io/L-Band.html
- SDRangel : https://github.com/f4exb/sdrangel
- SatDump : https://www.satdump.org
- Meshtastic : https://meshtastic.org
- MeshCore : https://github.com/meshcore-dev/MeshCore
- Reticulum : https://reticulum.network
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