Téléphone

Le téléphone change les vibrations de la voix en un courant électrique variable, l'envoie le long d'un fil et le retransforme en son à l'autre bout. Alexander Graham Bell le fit breveter en mars 1876 ; deux ans plus tard, ses téléphones magnétiques étaient déjà utilisés commercialement, et le microphone à charbon puis les centraux en firent bientôt un service public.

Ce que c’est

Un téléphone transporte la voix elle-même le long d’une paire de fils. Un émetteur change les ondes de pression de la voix en un courant électrique dont l’intensité suit les variations de la pression sonore ; un récepteur, à l’autre bout, se sert de ce courant pour faire bouger une mince plaque et recréer le son.

La planche montre l’un des téléphones à main de Bell de 1877-1878, un instrument en bois tourné surnommé « butterstamp », parce qu’il rappelait un moule à beurre. Le même appareil servait à parler et à écouter, et il fonctionnait sans pile : c’est la voix elle-même qui produisait le courant.

Comment ça marche

Le téléphone à ficelle transmet le son mécaniquement : la voix fait vibrer le fond d’une boîte, et la ficelle tendue fait vibrer l’autre.

Dans le boîtier de bois du butterstamp, un aimant en barreau d’acier occupe toute la longueur du manche. À son extrémité avant se trouve une courte pièce polaire en fer doux, entourée d’une bobine de fil de cuivre fin isolé. Juste devant ce pôle, séparé de lui par un intervalle d’une fraction de millimètre, un mince disque de fer, la membrane, est serré par son bord derrière l’embouchure. Les deux bouts de la bobine sortent sur des bornes à l’arrière, d’où une paire de fils part vers l’autre téléphone.

Quand quelqu’un parle dans l’embouchure, la pression de l’air sur la membrane monte et descend, et le disque se creuse et se bombe très légèrement. Chaque fois qu’il se rapproche du pôle, une plus grande partie du champ de l’aimant traverse le fer ; chaque fois qu’il s’en éloigne, une plus petite. Un champ magnétique variable dans une bobine y fait naître une tension : la bobine envoie donc sur la ligne un faible courant alternatif qui suit la forme de l’onde sonore.

Dans le microphone à charbon, la membrane comprime une capsule de grains de charbon, si bien que le courant d’une pile varie avec la voix.

À l’autre bout, le même courant parcourt la bobine du second téléphone. Il renforce ou affaiblit l’attraction de l’aimant permanent sur la membrane de cet appareil, qui bouge donc au rythme de celle de l’orateur et fait vibrer l’air devant elle. Toute l’énergie vient de la voix : le son est faible et la portée courte. À partir de la fin des années 1870, les téléphones reçurent un microphone à charbon : la membrane appuie sur du charbon, dont la résistance électrique baisse quand on le comprime, si bien que la voix fait varier le courant d’une pile au lieu de le produire. Le signal devenait beaucoup plus fort.

Comment le construire

Deux petits haut-parleurs montrent le même principe, le passage réversible du son au mouvement et au courant. Ils sont construits autrement que l’appareil de Bell : dans un haut-parleur, la bobine est fixée à la membrane et se déplace avec elle dans le champ d’un aimant, alors que dans le butterstamp la bobine et l’aimant restent immobiles et seule la membrane de fer bouge. Reliés l’un à l’autre, deux haut-parleurs forment un téléphone sans pile.

Réunir le matériel. Il faut deux petits haut-parleurs identiques de 8 ohms et de 5 à 8 cm de diamètre, achetés seuls ou récupérés sur des jouets à piles dont on a retiré les piles (jamais sur des radios ou d’autres appareils fonctionnant sur le secteur, même débranchés : certaines pièces restent chargées), et quelques mètres de fil de sonnette double ou de câble de haut-parleur.

Câbler. Dénudez un centimètre à chaque bout du câble. Reliez un conducteur à la première borne de chaque haut-parleur et l’autre conducteur à la seconde borne de chacun, avec des bornes à vis ou en torsadant et en isolant les jonctions au ruban adhésif.

Parler. Commencez avec un câble court, puis tendez-le entre deux pièces, porte fermée, pour que votre partenaire ne vous entende pas directement. Parlez fort, tout près d’une membrane, pendant qu’il tient l’autre haut-parleur contre son oreille ; débranchez ensuite un fil et recommencez pour vérifier que le son passe bien par la ligne. Attendez-vous à une voix faible ; le résultat dépend des haut-parleurs : si rien ne passe, raccourcissez le câble ou essayez des haut-parleurs d’une autre taille. Échangez les rôles : chaque haut-parleur sert d’émetteur et de récepteur, comme le butterstamp.

Comparer. Faites aussi un téléphone à ficelle avec deux boîtes ou deux gobelets en carton et quelques mètres de ficelle nouée dans un trou au fond de chacun. Gardez la ficelle tendue et loin de tout obstacle, et comparez les deux.

Sécurité. Ce circuit n’a pas besoin de pile et ne doit jamais être branché sur le secteur ni sur une ligne téléphonique, qui portent tous deux des tensions dangereuses. Les boîtes ouvertes ont des bords coupants : limez-les ou couvrez-les de ruban adhésif. Ne criez pas dans l’oreille de quelqu’un à travers l’un ou l’autre téléphone.

Histoire et évolution

Plusieurs inventeurs avaient cherché à transmettre la parole par l’électricité avant Bell. En 1861, Philipp Reis présenta à Francfort un appareil qu’il baptisa téléphone, mais qui resta une curiosité. Antonio Meucci déposa en 1871 un avis préalable de brevet pour un « télégraphe sonore », qu’il laissa expirer en 1874 ; son droit d’antériorité est encore discuté.

L’émetteur à liquide de Bell, mars 1876 : la voix fait vibrer la membrane, le fil plonge plus ou moins dans l’eau acidulée et le courant varie.

Bell, qui travaillait alors à Boston, déposa sa demande de brevet le 14 février 1876, le jour même où Elisha Gray déposait un avis préalable décrivant une idée voisine, et l’ordre d’arrivée des deux documents reste contesté. Le brevet n° 174 465 fut délivré le 7 mars. Trois jours plus tard, avec un émetteur à liquide, Bell adressa sa première phrase clairement intelligible à son assistant Thomas Watson. Il abandonna bientôt l’émetteur à liquide pour le téléphone magnétique, breveté le 30 janvier 1877. Le 12 février 1877, un public réuni à Salem entendit un orateur qui parlait depuis Boston, à quelque 26 km.

Thomas Edison mit au point un émetteur à charbon en 1877, et Henry Hunnings, en Angleterre, utilisa du charbon en grains. Le premier central commercial ouvrit à New Haven, dans le Connecticut, le 28 janvier 1878, avec 21 abonnés reliés à la main sur un standard. Les centraux automatiques d’Almon Strowger permirent ensuite aux abonnés d’établir eux-mêmes leurs communications, ce que le cadran numéroté facilita à partir de 1896. Dans les années 1950, les États-Unis comptaient plus de la moitié des téléphones du monde.