Dans notre précédent article, nous avons découvert qu’une simple LED pouvait transporter de la voix, du Morse ou des données sur des distances étonnantes.
Cette fois, terminée la théorie : nous allons construire notre première petite station de communication à lumière visible !
Le principe sera volontairement simple. Une LED rouge constituera notre émetteur, une photodiode notre récepteur et deux lentilles remplaceront, en quelque sorte, nos antennes directives.
Avec deux exemplaires du montage, nous disposerons même d’un véritable petit émetteur-récepteur optique simplex.
1 — À quoi ressemblera notre station ?
Oublions momentanément PA, coaxial et antenne.
Notre chaîne d’émission sera : Microphone → préamplificateur → modulateur → driver → LED rouge → lentille
Et à la réception : Lentille → photodiode → préamplificateur → filtre → amplificateur audio → casque
Architecture de notre transceiver optique : la LED assure l’émission et la photodiode BPW34 la réception du signal lumineux.
Ajoutons un bouton PTT pour passer de réception en émission et nous retrouvons finalement une architecture assez proche de celle d’un transceiver radio.
Seul le moyen de transport change : notre information voyagera dans un faisceau lumineux.
2 — Pourquoi une LED rouge ?
Nous pourrions être tentés d’utiliser une puissante LED blanche d’éclairage. Elle fonctionnerait pour une expérience audio, mais une LED rouge présente plusieurs avantages.
Elle est simple à moduler, économique et sa lumière peut facilement être identifiée et filtrée au niveau du récepteur.
Les LED blanches utilisant un phosphore possèdent également une réponse plus lente que la LED bleue qui se trouve sous ce phosphore. Ce phénomène limite leur bande passante dans les systèmes de communication à lumière visible, ou VLC.
Pour notre premier appareil, une LED rouge de puissance de l’ordre de 1 W constituera donc un excellent point de départ.
Attention cependant : une LED de puissance exige un courant correctement contrôlé et un refroidissement convenable. Nous ne la brancherons évidemment jamais directement sur la sortie d’un amplificateur opérationnel.
3 — Mettons notre voix dans la lumière
Notre microphone électret délivre quelques millivolts seulement.
Un premier étage amplifie donc ce signal avant de l’envoyer vers le circuit qui pilote la LED.
L’idée est très simple : un courant continu établit la luminosité moyenne de la LED et notre signal audio vient faire varier ce courant autour de cette valeur.
Lorsque notre voix monte, la LED éclaire très légèrement davantage ; lorsqu’elle descend, elle éclaire un peu moins.
Ces variations sont trop rapides et trop faibles pour être observées par notre œil.
Pourtant, elles reproduisent notre voix.
Nous réalisons ce que les communications VLC appellent une modulation d’intensité. L’information est transportée par les variations de puissance lumineuse et récupérée par détection directe.
4 — Notre étage d’émission
Nous pouvons décomposer l’émetteur en quatre blocs : Micro électret → préampli audio → driver → LED
Le préamplificateur fournit un signal audio suffisamment important.
Le driver, réalisé avec un transistor ou un MOSFET adapté, fournit quant à lui le courant nécessaire à la LED.
Un potentiomètre permettra de régler la profondeur de modulation.
C’est un réglage important : trop faible, notre correspondant nous entendra difficilement ; trop importante, la LED sera poussée dans une zone non linéaire et notre audio sera déformé.
Principe de l’émetteur optique : le signal du microphone module le courant d’une LED rouge de puissance dirigée vers le correspondant.
L’oscilloscope sera ici notre meilleur allié.
5 — Et pour transmettre du Morse ?
Encore plus simple !
Nous pourrions allumer et éteindre directement la LED avec notre manipulateur : lumière = signal ; absence de lumière = silence.
Mais nous pouvons faire mieux.
Produisons une tonalité audio, par exemple autour de 1 kHz, et commandons cette tonalité avec le manipulateur.
Notre LED reste modulée par cette fréquence lorsque la clé est enfoncée.
À la réception, un filtre audio peut privilégier cette petite portion du spectre. Cela permet de retrouver notre signal au milieu du bruit et de la lumière parasite.
Les amateurs de CW connaissent parfaitement le principe : réduire la bande passante améliore considérablement la réception d’un signal faible.
6 — Passons au récepteur
C’est probablement la partie la plus intéressante de notre construction.
Notre œil est capable de voir la LED à distance, mais nous avons besoin d’un composant capable de transformer rapidement ses variations lumineuses en signal électrique.
Nous utiliserons une photodiode PIN BPW34.
Ce petit composant est sensible sur une plage d’environ 430 à 1100 nm, couvrant donc largement le rouge visible. Vishay la destine notamment aux applications de photodétection rapide.
Contrairement à une photorésistance, elle est suffisamment rapide pour suivre sans difficulté nos variations audio.
7 — Quelques nanoampères ne feront pas chanter notre haut-parleur !
Voilà le problème.
La photodiode ne nous fournit pas directement un confortable signal audio de quelques centaines de millivolts.
Elle produit un très faible courant dépendant de la quantité de lumière reçue.
Il faut donc transformer ce courant en tension et l’amplifier.
Nous utiliserons pour cela un montage très courant en optoélectronique : l’amplificateur transimpédance, souvent abrégé TIA.
Du photon au son : la BPW34 transforme les variations lumineuses en un faible courant, ensuite amplifié, filtré et envoyé vers le casque.
Son principe peut se résumer ainsi : courant de la photodiode → TIA → tension exploitable
Une résistance placée dans la contre-réaction de l’amplificateur opérationnel détermine une grande partie du gain. Un petit condensateur de compensation est généralement ajouté en parallèle afin d’assurer la stabilité du montage compte tenu, notamment, de la capacité de la photodiode.
C’est ici que se joue une bonne partie des performances de notre récepteur.
8 — Le Soleil arrive dans notre récepteur !
Premier essai en extérieur et surprise : notre photodiode ne reçoit évidemment pas seulement notre LED.
Elle voit également le Soleil, le ciel, les nuages, les lampadaires, les phares automobiles et l’éclairage des habitations.
La BPW34 est sensible sur une plage spectrale beaucoup plus large que la seule lumière rouge qui nous intéresse.
Nous allons donc combattre cette lumière parasite de trois façons.
D’abord, plaçons la photodiode au fond d’un tube noir. Elle ne regardera pratiquement plus que dans la direction de notre correspondant.
Ensuite, nous pouvons placer devant elle un filtre optique rouge.
Enfin, notre électronique privilégiera les variations rapides contenant l’audio et rejettera autant que possible la composante lumineuse continue.
Le rejet de l’éclairage ambiant est d’ailleurs un véritable sujet de conception dans les récepteurs optiques modernes.
9 — Installons notre première lentille
Sans optique, notre montage fonctionnera déjà sur quelques mètres.
Mais notre LED gaspille énormément de lumière dans des directions qui ne nous intéressent pas.
Plaçons donc une lentille devant elle.
La LED située près du foyer de cette lentille produit alors un faisceau beaucoup plus étroit.
Nous pouvons employer une lentille convergente classique, une optique de récupération ou une lentille de Fresnel.
À la réception, faisons exactement l’inverse.
Une grande lentille collecte la lumière sur toute sa surface et la concentre sur notre minuscule BPW34.
Nous venons pratiquement de construire nos antennes optiques.
Les optiques concentrent la lumière à l’émission et la collectent à la réception : leur alignement devient déterminant avec la distance.
10 — Première liaison : restons dans l’atelier
Ne commençons surtout pas en installant deux stations à cinq kilomètres !
Posons notre émetteur et notre récepteur à un mètre l’un de l’autre.
Injectons d’abord une tonalité audio dans l’émetteur.
Vérifions successivement : signal microphone → modulation LED → courant photodiode → sortie TIA → sortie audio.
Un oscilloscope permettra de suivre le signal d’un étage à l’autre.
Lorsque cela fonctionne parfaitement, remplaçons le générateur par le microphone.
Parlons.
Notre voix doit sortir du haut-parleur situé de l’autre côté de la pièce.
Nous venons de réaliser notre première communication par lumière visible !
11 — Maintenant, sortons dehors
Passons à dix mètres.
Puis cinquante.
Puis cent.
À mesure que la distance augmente, les optiques deviennent indispensables et un nouveau problème apparaît : l’alignement.
Un faisceau très concentré améliore considérablement le signal reçu mais devient beaucoup plus difficile à pointer.
Quelques degrés d’erreur peuvent suffire pour perdre complètement le correspondant.
Une petite rotule photographique, un réglage horizontal/vertical et même un viseur rudimentaire deviennent alors extrêmement utiles.
Le compromis est exactement celui que nous connaissons avec nos antennes : davantage de directivité apporte davantage de gain, mais exige un pointage plus précis.
12 — Transformons-le en véritable transceiver
Construisons maintenant deux appareils identiques comportant chacun émission et réception.
Ajoutons un PTT.
Au repos : photodiode active → réception.
Lorsque nous appuyons : récepteur coupé → driver LED activé → émission.
Nous obtenons ainsi une liaison simplex, exactement comme lorsque deux stations radio utilisent alternativement la même fréquence.
Chaque correspondant dispose maintenant d’un microphone, d’un casque, d’une LED, d’une photodiode et de ses deux optiques.
Nous pouvons réellement converser par lumière.
13 — Jusqu’où pourrons-nous aller ?
Notre premier objectif ne doit pas être un record.
Essayons progressivement : 1 m → 10 m → 100 m → 500 m → 1 km.
Du premier essai à quelques mètres au DX optique : deux stations correctement alignées permettent d’augmenter progressivement la distance.
À chaque étape, nous apprendrons quelque chose : qualité de l’optique, bruit du préamplificateur, lumière parasite, stabilité mécanique ou précision du pointage.
Ensuite, deux points hauts parfaitement dégagés permettront d’envisager plusieurs kilomètres.
Et c’est là que l’expérience commencera véritablement à ressembler à du DX optique.
14 — Et les modes numériques ?
Une fois notre liaison audio fiable, une porte immense s’ouvre.
Notre émetteur-récepteur ne sait pas si le signal entrant provient d’un microphone ou d’un ordinateur.
Nous pouvons donc expérimenter avec du Morse audio, des tonalités, différents systèmes de modulation et des transmissions numériques adaptées à la bande passante disponible.
Les systèmes VLC modernes exploitent le même principe fondamental avec des modulations beaucoup plus sophistiquées et des débits sans commune mesure avec notre petit montage.
Mais nous aurons construit quelque chose de beaucoup plus important qu’un système performant : un appareil dont nous comprenons chaque étage.
Une autre façon de faire de la radio ?
Notre appareil ne possède ni oscillateur HF, ni PA, ni coaxial, ni antenne.
Pourtant nous retrouvons presque tout ce qui passionne le radioamateur : modulation, amplification, filtrage, directivité, propagation, rapport signal/bruit, pointage et recherche de distance.
Et surtout l’expérimentation.
Notre premier contact se fera peut-être entre les deux extrémités de l’atelier.
Le suivant entre deux maisons.
Puis entre deux points hauts distants de plusieurs kilomètres.
Lorsque notre correspondant répondra dans le casque alors qu’entre lui et nous il n’existe ni câble ni signal radio, mais seulement un minuscule faisceau rouge, notre petite LED aura définitivement cessé d’être un simple voyant lumineux.
Et une question viendra probablement immédiatement : jusqu’où pouvons-nous aller ?
Liens techniques utiles
- Vishay — BPW34, page officielle — caractéristiques et documentation de notre photodiode.
- Vishay — datasheet BPW34 — plage spectrale, sensibilité, capacité et caractéristiques électriques.
- Texas Instruments — Photodiode Amplifier Circuit — excellent exemple pédagogique d’un TIA alimenté sous 5 V.
- Texas Instruments — TIA photodiode 1 MHz — conception plus poussée avec théorie, schéma, nomenclature et mesures.
- Texas Instruments — TIA avec rejet de lumière ambiante — particulièrement intéressant pour comprendre notre problème de Soleil et d’éclairage parasite.
- University of Colorado — Optical Communication Link — TP complet LED + photodiode + TIA, mis à jour en août 2026.
- https://www.qsl.net/ve3sma/LEDTransceiver.pdf
