Voilà une nouvelle partie du programme de sciences physique et chimie de terminale S. Nous sommes à l’interface avec la spécialité informatique et sciences du numériques. Voyons un peu ce qu’il faut retenir de cette partie.

Je sais identifier les éléments d’une chaîne de transmission d’informations.
Je sais recueillir et exploiter des informations concernant des éléments de chaînes de transmission d’informations et leur évolution récente.

Prenons une information. Ce peut être un son, une image, une vidéo, un texte. Nous souhaitons la transmettre sur une grande distance sans la détériorer. Comment faire ? Nous utilisons généralement un processus physique de transmission d’information très efficace : les ondes électromagnétiques ou un courant électrique. Tant qu’à faire, autant prendre le canal de transmission le plus rapide de l’univers. Il faut donc convertir notre information initiale en signal électromagnétique ou en signal électrique. C’est pourquoi une chaîne de transmission se présente généralement sous la forme suivante :

Les termes exactes peuvent différés d’un livre à l’autre, d’un document à l’autre. Généralement dans un sujet ces différents éléments seront donnés et il vous faut faire le lien entre ce schéma général et une transmission particulière. Imaginons le cas d’une communication par téléphone portable entre un téléphone A (l’émetteur) et un téléphone B (le récepteur).

• Le transducteur émission et/ou l’encodeur (selon les documents) : c’est un appareillage qui va transformer l’information initiale en signal électrique. Ce peut-être un microphone, un capteur CCD (pour un appareil photo, un scanner, une caméra), une thermistance (pour un capteur de température), une souris d’ordinateur, un clavier (pour moi qui suit en train de taper ce texte). Dans notre exemple, c’est le microphone du téléphone portable A.
• L’émetteur : il modifie le signal issu du transducteur pour le mettre en forme avant de l’envoyer dans le canal de transmission. En effet ce qui est transmis est généralement un signal électrique ou une onde électromagnétique, il faut donc ajouter à ce signal transmis l’information à transmettre. C’est ce que fait l’émetteur. Dans notre exemple, l’émetteur est le téléphone portable A.
• Le canal de transmission : on peut imaginer de très nombreux canaux de transmission mais dans notre vie de tous les jours ce sont généralement les ondes radios, les câbles électriques torsadés, les câbles coaxiaux ou les fibres optiques. Dans notre exemple d’une transmission par téléphone portable ce sont les ondes radios -entre autre canal de transmission car une fois que le signal est arrivé à l’antenne relais la plus proche de A il est transmis par câbles électriques et fibres optiques jusqu’à l’antenne relais la plus proche du téléphone portable B, en passant par de nombreux serveurs mais ça c’est une autre histoire…
• Le récepteur : Une fois le signal reçu il faut extraire l’information avant de l’envoyer au transducteur. C’est ce que fait le récepteur : filtrage du signal, démodulation et/ou décodage, amplification de l’information. Dans notre exemple, il s’agit du téléphone portable B.
• Le transducteur réception et/ou décodeur (selon les documents) : c’est l’appareillage qui va transformer le signal électrique en information compréhensible par l’utilisateur. C’est le haut-parleur de notre téléphone B dans notre cas. C’est l’écran de votre ordinateur en ce moment même où vous lisez ces informations.

L’information pourrait en fait être n’importe quel stimuli sensoriel. Actuellement si l’on ne transmet pas d’informations sous forme d’odeur ou de goût c’est parce que nous n’avons pas encore développé les transducteurs correspondants.

Je sais reconnaître des signaux de nature analogique et des signaux de nature numérique.

L’information transmise peut être analogique ou numérique. Un signal analogique est un signal physique, continue. C’est par exemple le signal électrique après un microphone, une photographie argentique. Un signal numérique est un signal qui ne prend que certaines valeurs :

Comme, en se débrouillant bien, avec des 0 et des 1 on peut arriver à exprimer n’importe quelle valeur entière (essayez ce convertisseur vous verrez par vous-même) un signal numérique est au final une série de 0 et de 1 :

Pourquoi que des 0 et des 1 et pas plus de valeurs ? Parce qu’avec deux valeurs seulement on n’est moins sensible au bruit. En effet, lors de la transmission des éléments peuvent venir perturber le signal. Si l’on ne transmet que des 0 et des 1, les erreurs sont moins fréquentes que si l’on transmet plus de valeurs (Difficile de prendre un 1 pour un 0 quand il n’y a que des 1 et des 0, plus facile de confondre un 1 avec un 2 ou un 0 avec 3 valeurs).

Tout ce qui vient d’être énoncé ici est résumé dans ce diaporama que je diffuse à mes élèves :

Je sais exploiter des informations pour comparer les différents types de transmission.
Je sais caractériser une transmission numérique par son débit binaire.
Je sais évaluer l’affaiblissement d’un signal à l’aide du coefficient d’atténuation.

Le débit binaire est la quantité d’information que l’on peut faire passer par seconde. Comme l’information numérique est mesurée en bit, le débit binaire est mesuré en bit/s. Que l’on peut convertir en ko/s (kilo-octet par seconde) voire en Mo/s (Mega-octet par seconde) car dans la mémoire des ordinateurs les bits sont regroupé par paquet de 8 : un octet = 8 bits.

Bien entendu, comme on ne vit pas dans le monde de oui-oui, il y a toujours des pertes sur la ligne. Celles-ci se mesurent à l’aide de l’affaiblissement :

A = 10 Log(Pe/Pr) en dB (décibel)
où Pe est la puissance en Watt émise et Pr la puissance reçue.

Un affaiblissement de 10 dB correspond donc à Pe/Pr=10 soit Pe=10.Pr, c’est à dire un signal reçu dix fois plus petit qu’un signal émis (10% de transmis, 90 % de perte).

Pour comparer les différents types de transmission, il peut être intéressant de ramener l’affaiblissement à la longueur de transmission pour obtenir le coefficient d’atténuation linéique :

a = A /L
en dB/m

Ainsi avec un coefficient d’atténuation linéique de 0,22 dB/m, un câble à paires torsadés (nous verrons ci-dessous ce dont il s’agit) de 100 m présente une atténuation de 22 dB. Soit Pe/Pr = 10^A/10 = 10^2,2 = 160. Pe est donc 160 fois plus élevé que Pr. Soit Pr/Pe=0,0063. Autrement dit, au bout de 100 mètre de câble à paires, il ne reste plus que 0,63% du signal initial. C’est à dire pas grand chose. C’est pourquoi on ne vend pas de câble torsadé de plus de 100 m.

Les principaux types de transmission sont :

Voie hertzienne : ondes radio, wifi, gsm (3G, 4G), satellite, etc. Ce mode de transmission utilise des ondes électromagnétique. Les différentes fréquences de transmission caractérisent le type de transmission. Elles varient de 100 kHz à 100 GHz. Les débits varient énormément d’un type de transmission à l’autre : 9,6 kbit/s pour le GSM (téléphone portable) à 100 Mbit/s pour la 4G. Ce sont ces chiffres qui expliquent la vitesse à laquelle vous pouvez surfer sur le web à partir de votre smartphone. L’atténuation qui peut être assez forte est compensé par un maillage d’antenne relais : si on met beaucoup d’antenne-relais, il y en aura toujours une pas très loin qui permet d’accéder au réseau.
Câbles coaxiaux : ce sont les câbles utilisés pour la télévision numérique ou analogique. Le débit est de 10 MBit/s pour une atténuation de 11,5 dB pour 100 m. C’est très bien pour acheminer le signal de la parabole à la télé. Moins bien pour diffuser internet sur une ville.

 Câbles torsadés : se sont les fameux câbles avec une prise RJ45 utilisés pour relier votre ordinateur à la box par exemple. Avec un débit de 100 Mbit/s et une atténuation de 22 dB sur 100 m ils sont idéaux pour transmettre des informations dans un appartement.

Fibre optique : voici la rolls de la transmission numérique. Avec un débit variant de 100 Mbit/s à 2 Gbit/s, selon la technologie, et une atténuation pouvant descendre jusqu’à 0,5 dB/km, c’est le câble idéal pour la transmission sur de très longue distance. C’est ce qui est utilisé pour les câbles transcontinentaux. Tellement rapide qu’à chaque requête google, votre ordinateur peut se permettre d’interroger un ordinateur situé sur la côte ouest des états-unis en un clin d’oeil (je suppose que vous êtes du même côté que moi de l’Atlantique, sinon ça n’est pas très impressionnant).

Je sais mettre en œuvre un dispositif de transmission de données (câble, fibre optique).

Voici une compétence expérimentale. 2 possibilités ici.
Soit votre lycée est doté d’un super matériel et mettre en oeuvre un tel dispositif consiste simplement à brancher les différents éléments tels que décrit au premier point. Pas de difficultés majeures donc.
Soit votre lycée a fait du bricolage avec les moyens du bord et sur les 10 groupes de la classe, le prof a du mettre la main à la pâte sur au moins 2 groupes pour que ça marche, auquel cas il n’y a pas à s’inquiéter, c’est tellement délicat à régler que si vous ça tombe on vous aidera. Donc, pas de difficulté majeure non plus.

Plus sérieusement, une fois les différents éléments de la chaîne de transmission bien compris, cette manip n’est pas très compliquée.