3ᵉ · Physique-Chimie · Ondes & signaux
Pour communiquer, on transporte une information (un son, une image, un texte) grâce à un signal. Un signal, c'est une grandeur qui varie et que l'on peut détecter. On distingue surtout deux grandes familles : les signaux sonores (la voix, une sonnerie) et les signaux lumineux (une lampe qui clignote, la lumière dans une fibre optique).
Comme toute onde, un signal se propage à une certaine vitesse. Le son se propage dans l'air à environ 340 m/s ; il lui faut un milieu matériel. La lumière, elle, va infiniment plus vite : environ 300 000 km/s, et elle peut voyager dans le vide. On relie distance, vitesse et durée par :
C'est pour cela qu'un signal lumineux (fibre) transmet l'information presque instantanément.
Un signal analogique varie de façon continue : il peut prendre toutes les valeurs, comme le trait d'un dessin fait à main levée. Un signal numérique, lui, ne prend que deux valeurs : 0 ou 1. On dit qu'il est codé en binaire. Le numérique résiste bien mieux aux perturbations : même un peu abîmé, on reconnaît facilement un 0 d'un 1. C'est pourquoi presque toutes nos communications sont aujourd'hui numériques.
La plus petite information numérique est le bit : il vaut 0 ou 1. Pour coder plus de choses, on regroupe les bits. Un groupe de 8 bits s'appelle un octet :
Avec des octets, on code des lettres, des couleurs de pixels, des sons. Une photo, une chanson ou une vidéo sont donc, pour la machine, de longues suites de 0 et de 1.
Le débit mesure la quantité d'information transmise chaque seconde. On le calcule par :
Il s'exprime en bits par seconde (bit/s) ou en octets par seconde. Plus le débit est grand, plus le fichier arrive vite. La fibre optique offre un très gros débit, car elle transporte l'information avec de la lumière.
Beaucoup de signaux voyagent sans fil grâce à des ondes électromagnétiques (comme la lumière, mais souvent invisibles) : la radio, la télévision, le Wi-Fi, le téléphone portable, le GPS. Ces ondes se déplacent à la vitesse de la lumière et n'ont pas besoin de milieu matériel : elles traversent le vide, ce qui permet de communiquer avec les satellites.
Avant la théorie, voyons à quoi sert ce chapitre. Chaque fois que tu envoies un message, que tu regardes une vidéo ou que tu appelles quelqu'un, une information voyage à toute vitesse à travers le monde. Ta voix au téléphone est transformée en une suite de 0 et de 1, envoyée par des ondes puis par des câbles, et reconstruite dans l'autre téléphone.
Internet, c'est un immense réseau où circulent sans arrêt ces suites de 0 et de 1 entre des ordinateurs. La fibre optique transporte cette information avec de la lumière, ce qui permet des débits énormes : des films entiers en quelques secondes. Le GPS, lui, reçoit des signaux venus de satellites pour calculer où tu te trouves sur Terre.
Comprendre les signaux et le binaire, c'est comprendre comment fonctionnent le téléphone, internet, la fibre et le GPS que tu utilises tous les jours.
Commençons par le début. Pour transmettre une information, il faut un signal, c'est-à-dire une grandeur qui varie et qu'on peut détecter à distance. Il existe surtout deux grandes familles.
D'abord les signaux sonores : ta voix, une sonnerie, une alarme. Le son voyage dans l'air, mais il a besoin de matière pour se propager et il n'est pas très rapide, environ trois cent quarante mètres par seconde. Ensuite les signaux lumineux : une lampe qui clignote, un phare, ou surtout la lumière qui circule dans une fibre optique.
La lumière est extraordinairement rapide, environ trois cent mille kilomètres par seconde, et elle peut même voyager dans le vide. C'est pour cela que les signaux lumineux sont parfaits pour transporter beaucoup d'information très loin et très vite.
Voici une distinction très importante. Un signal peut être analogique ou numérique. Un signal analogique varie de façon continue : il peut prendre toutes les valeurs, comme le trait d'un dessin fait à la main, ou l'aiguille d'un vieux compteur qui glisse doucement.
Un signal numérique, au contraire, ne prend que deux valeurs bien nettes : zéro ou un. On dit qu'il est codé en binaire. Pourquoi le monde entier est-il passé au numérique ?
Parce que le numérique résiste beaucoup mieux aux perturbations. Imagine une suite de 0 et de 1 un peu abîmée pendant le voyage : on reconnaît quand même facilement si c'était un 0 ou un 1, car il n'y a que deux choix possibles. L'information n'est donc pas déformée.
Un signal analogique, lui, se dégrade et on ne retrouve jamais exactement la valeur de départ.
Entrons dans le langage de la machine. La plus petite information numérique s'appelle le bit. Un bit vaut zéro ou un, rien d'autre.
Mais avec un seul bit on ne va pas loin, alors on regroupe les bits. Le groupe le plus utile réunit huit bits : on l'appelle un octet. Retiens bien cette égalité : un octet vaut huit bits.
Avec un octet, on peut coder par exemple une lettre de l'alphabet, ou l'intensité d'une couleur dans un pixel d'image. En rassemblant des milliers, des millions d'octets, on code une photo, une chanson, un film. Pour la machine, tout cela n'est qu'une immense suite de zéros et de uns.
Comme les octets deviennent vite très nombreux, on utilise des multiples : le kilooctet vaut environ mille octets, le mégaoctet environ un million, le gigaoctet environ un milliard.
Il nous manque une dernière idée essentielle : la vitesse à laquelle l'information arrive. On l'appelle le débit. Le débit, c'est la quantité d'information transmise chaque seconde.
On le calcule très simplement : le débit égale la quantité d'information divisée par la durée. On l'exprime en bits par seconde, ou en octets par seconde. Un exemple : si un fichier de vingt-quatre mégabits arrive en trois secondes, le débit vaut vingt-quatre divisé par trois, soit huit mégabits par seconde.
Plus le débit est grand, plus les fichiers arrivent vite. C'est pour cela qu'on compare les connexions : une vieille ligne offre un petit débit, la fibre optique offre un débit énorme, car la lumière transporte beaucoup d'information très rapidement. Si tu connais deux des trois grandeurs, tu retrouves la troisième : durée égale quantité divisée par débit, et quantité égale débit fois durée.
12 des 31 questions de ce chapitre. Les réponses, et les explications de chacune, sont dans l'application.