Le Compact Disc (CD) a été inventé par Sony © et Philips © en 1981

LECTEURS ET GRAVEURS
I. Les disques optiques
A) Le passage du magnétique à l’optique
A la fin des années 70, les informations étaient majoritairement stockées sur des
supports à bande ou disques magnétique (VHS, disquettes etc…). Le début des années 80
voit l’émergence d’un nouveau type de support : les disques optiques. Ce nouveau support
parvient à se répandre rapidement grâce à plusieurs avantages :

Facilité d'utilisation et souplesse d'usage : pas de rembobinage contrairement aux
cassettes, possibilité d'accéder directement à un point précis ;
 qualité de l'image très supérieure, et surtout stabilité de cette image : les images sur
VHS sont très vite dégradées après seulement quelques lectures ;
 le prix des graveurs et des consommables vierges est peu élevé, la simplicité de
fabrication en font des instruments moins dispendieux, plus fiables et plus robustes que
leurs prédécesseurs ;
 on peut y stocker beaucoup plus de données (quelques Mo pour les dernières
disquettes contre plusieurs centaines de Mo pour les CD et bien plus avec les supports plus
récents) ;
B) Le CD (Compact Disc)
Il fut inventé conjointement par les firmes Philips et Sony avec, également la
participation de Hitachi pour l’audionumérique (CD audio) en 1979.
Géométrie d'un CD : Le CD est un disque de 12 cm de diamètre d'épaisseur comprise entre
1.1 à 1.5 mm qui permet de stocker des informations numériques, c'est-à-dire correspondant
à 800 Mo de données informatiques en langage binaire (0 ou 1). Un trou circulaire de 15
mm de diamètre au milieu du CD permet de le centrer.
Composition d'un CD : Le CD se compose de trois couches superposées. La couche
principale qui est la plus épaisse est en polycarbonate, un plastique résistant et transparent
(1). Ce plastique laisse passer la lumière émise par le laser lors de la lecture d'un CD. On
trouve ensuite une couche métallique réfléchissante (2) très souvent en aluminium qui va
réfléchir la lumière émise par le laser. Il y a par dessus tout ça une couche de vernis
protecteur qui vient protéger le métal de l'agression des Ultra Violets (3). Par dessus le tout,
on trouve la surface imprimée qui sert à habiller le disque (4).
Composition logique d'un CD : Les CD-ROM et CD audios sont constitués de trois zones
qui constituent la zone de stockage d'informations :

La zone Lead-in : cette zone est située le plus au centre du CD, d'une largeur de
2mm (elle part du cercle situé à 23mm du rayon pour se terminer au cercle situé à 25mm du
rayon). Cette zone permet au lecteur de CD-ROM de synchroniser sa vitesse pour lire les
données

La zone de données ou zone Programme : elle part du cercle de rayon 25mm pour
s'arrêter à un rayon de 58mm. Elle peut contenir 800 Mo de données au maximum.

La zone de fin ou zone de Lead-out : elle contient des zéros sur une durée minimum
de 90 secondes et marque la fin du CD.
Codage des informations : La piste physique est constituée d'alvéoles d'une profondeur de
0,168 µm, d'une largeur de 0.67 µm et de longueur variable. Les pistes physiques sont
écartées entre elles d'une distance d'environ 1.6µm. Le fond de l'alvéole est un creux, les
espaces sont des plats.
Le passage d'un creux à une bosse ou d'une bosse à un creux représente un 1 dans le
langage binaire. Le reste représente un 0
Différents types de CD :

CD audio (CDDA ou CDA) : Compact Disc Digital Audio ou en français Compact
Disc Audio.
 VCD / SVCD : (Super) Video Compact Disc, Disque compact vidéo.
 CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory), officiellement cédérom en français :
support de stockage informatique.
 CD-WORM : (CD-Write Once Read Many) Variante de CD pouvant être gravé une
seule fois par l´utilisateur (sur un graveur de CD-ROM) et lu ensuite sur n´importe quel
lecteur de CD-ROM.
 CD-R : Compact Disc Recordable, Disque inscriptible.
 CD-RW : Compact Disc Rewritable, Disque réinscriptible.
C) Le DVD (Digital Versatil Disc)
Le lecteur DVD commercialisé en 1997 a permis au support DVD de connaître une
pleine expansion ces dernières années. Le sigle DVD signifiait à l'origine « Digital Video
Disc », soit « disque vidéo numérique ».Par la suite, des fabricants ont essayé de populariser
la dénomination « Digital Versatile Disc », soit « disque numérique polyvalent ».
La taille du DVD est semblable à celle du CD audio (12 cm de diamètre, 1,2 mm
d'épaisseur), mais c'est la manière d'encoder les informations qui diffère. La longueur
d'ondes d'un Laser DVD est plus courte, ce qui permet " plus de creux" sur la même
surface, afin de stocker plus d'informations. Les pistes contenant l'information inscrite sous
forme de micro-cuvettes et de plats sont plus serrées que sur le CD (0,74 microns contre 1,6
microns), chaque élément d'information étant lui-même de plus petite taille (0,4 microns au
minimum).
Les 2 faces du DVD peuvent être gravées (déjà réalisé sur les laserdiscs). Mais pour
éviter de retourner le disque, les inventeurs du DVD ont densifié les informations sur une
surface de disque : une première couche semi-transparente en recouvre une seconde.
Chacune des deux couches d'information a des propriétés optiques différentes. La plus
proche de la tête laser est semi-réfléchissante et semi-transparente ; l'autre plus éloignée est
totalement réfléchissante.
Différents types de DVD :
 DVD-ROM : il est l'équivalent du CD-ROM mais avec des capacités beaucoup plus
élevées puisqu'elles peuvent théoriquement atteindre 4.7 GB par couche, soit 17 GB pour
un disque double face double couche. Ses capacités de transfert élevées (de 8.7 à 21
MB/sec).Les DVD-ROM se déclinent en 5 capacités de stockage, un nombre rappelant leur
capacité approximative.
Type
DVD-5
DVD-9
DVD-10
DVD-18
Couches
Simple
Double
Simple
Double
Faces Capacités
1
4.7 GB
1
8.5 GB
2
9.4 GB
2
17 GB
 DVD-Vidéo et DVD-Audio sont dérivés du DVD-ROM mais qualifient un support
de film ou de musique.
 DVD-R : comparable au CD-R, le DVD-R permet d'enregistrer jusqu'à 4.7 GB par
face mais n'accepte qu'une seule et définitive gravure.
 DVD-RW : DVD-R réinscriptible. Ce DVD est très proche de l’actuel CD-RW. Il
n'existe pas de double face à ce jour.
 DVD-RAM : un cas particulier. Il n'est lisible que dans les lecteurs de DVD-RAM
mais tous les lecteurs de DVD-RAM lisent également les CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVDROM et DVD-R. Proche du disque dur, le DVD-RAM permet la réécriture quasi infinie
(plus de 100000 fois). Ses capacités sont de 4.7 GB par face. Notons que le DVD-RAM est
compatible avec le port Firewire (i-Link) à haut débit, ce qui le rend idéal pour le transfert .
 Mini DVD : il mesure environ 7,5 cm de diamètre et a une capacité de stockage
d'environ 1,35 Gigaoctets. Sa petite taille et donc son encombrement réduit ont permis de
l'intégrer dans les caméscopes numériques en remplacement des cassettes "MiniDV" ou
comme support pour la console de jeu GameCube.
 DVD-D : D pour Disposable, est un DVD jetable conditionné dans une pochette
hermétique. L'ouverture de cette pochette par l'utilisateur libère une substance oxydante qui
détruit la couche de données au bout de 8 heures environ.
D) Le Blu-Ray Disc
Suite à l’annonce récente de Toshiba d’arrêter la fabrication de HD DVD (des DVD de plus
grande densité), c’est le Blu-Ray Disc qui devrait succéder au DVD. Le Blue-Ray est un
disque optique à haute densité, d’une capacité de 25 Go (simple couche) ou 50 Go (double
couche) .Ce support a été développé par la Blu-ray Disc Association (Apple, Dell, Hitachi,
LG, Panasonic, Philips, Samsung, Sharp, Sony, TDK …) et a été lancé sur le marché en
2007.
E) Les formats à venir
Le Dualdisc est un support mixte entre deux formats déjà existant. Il est prévu,
même si ce n’est pas encore concrètement opérationnel, de pouvoir faire des Dualdisc
mixtes multicouches Blu-ray et DVD standard. Concrètement, sur la même face, il y aurait
un Blu-ray Disc et un DVD standard.
Le HVD (Holographic Versatile Disc ou Disque Holographique Polyvalent) est déjà
prêt, bien qu'il n'en soit pas encore au stade commercial. Son fonctionnement est basé sur
l’utilisation de deux lasers différents simultanés qui permettent de stocker des données dans
des hologrammes. Il possède une capacité de 3,9 téraoctets.
F) Autres formats
Il existe de nombreux formats de disques optiques qui sont restés peu répandus. Le
CD+G (CD audio et graphique), le DMD, l’EVD, l’UDO, l’UMD ou encore le VCDHD.
Leur utilisation reste spécifique à certains appareils ou certaines régions du monde.
II. Les lecteurs de disques optiques
A) Le lecteur CD
Le lecteur de CD (appelé improprement lecteur CD) est un lecteur de disque optique
qui lit au moyen d'une diode laser les disques optiques. En informatique, le lecteur de CD se
présente soit sous la forme d'un périphérique interne se trouvant dans l'unité centrale, soit
d'un périphérique externe relié à l'ordinateur par un port USB ou FireWire.

La rotation du disque
La rotation du disque est assurée par un moteur à vitesse variable. En effet, que la
portion de piste soit au centre ou à l'extérieur, la longueur des secteurs est toujours la même,
par conséquent, contrairement à un disque vinyle, le défilement des données devant la tête
de lecture doit être constant. En simple vitesse, un secteur doit être survolé en 1/75ème de
seconde. La vitesse de rotation doit donc varier de 500 t/min, pour lire les secteurs du centre
du disque, à 200 t/min pour lire les secteurs externes. Pour comparaison, un lecteur à vitesse
seize fois supérieure (lecteur de CD-Rom 16x), verra la vitesse de son disque varier entre
3200 t/min et 8000 t/min

Le déplacement de la tête
Le déplacement de la lentille est assuré par un moteur linéaire d'une très grande
précision car, sur un déplacement total possible de trois centimètres, celui-ci est capable
d'adopter 600 positions différentes par millimètre.

La lentille
L'optique de focalisation est sur un dispositif mobile dont les déplacements sont
commandés par des électroaimants. Ce système permet l'ajustement de la position de la
lentille par rapport au disque (focalisation). Cet ensemble constitue l'objectif. Une lentille,
en amont de l'objectif, est utilisée pour concentrer le faisceau laser, de sorte à obtenir un
faisceau d'un micron de diamètre, afin d'être capable de lire les microcuvettes du disque.
Cette dimension n'étant pas significativement plus large que la longueur d'onde de la
lumière du rayon, la focalisation du faisceau doit donc être extrêmement précise. La
fabrication de ces lentilles demande une plus grande rigueur mais, contrairement aux
lentilles de microscopes, pour une seule longueur d'onde donnée: celle du rayon laser
(0.24 µm)

La diode laser
La diode émet dans l'infrarouge et sert aussi bien pour l'écriture que pour la lecture;
cependant, la puissance du faisceau est différente s'il s'agit d'un lecteur ou d'un graveur
(0.3mW en lecture contre 24mw pour un graveur à quadruple vitesse), de plus, elle varie en
fonction de la vitesse de rotation.

La diode photosensible
Celle-ci détecte les modifications de la lumière réfléchie. Grâce à ces indications,
l'appareil est en mesure de repérer la position du faisceau du laser sur le disque. Pour un
graveur, cette diode sert, en plus du contrôle de la gravure, à évaluer la vitesse de rotation
du disque, en vue de la corriger en permanence. Pour un lecteur, elle est bien sûr utilisée
pour lire les informations du disque en détectant les variations de lumière reçues,
caractérisées par les fronts engendrés par la succession de pits et de lands du disque.

L'optique dirigeant les faisceaux
La diode laser émet un faisceau vers un prisme (que l'on peut caractériser comme miroir
semi-transparent); ce prisme renvoie le faisceau à angle droit pour le diriger vers la lentille.
Le faisceau réfléchi par le disque traverse le prisme pour exciter la photodiode.
Lors de la lecture d'un CD de ce type, le faisceau laser traverse la couche de polycarbonate
et rencontre ou non un creux. Le faisceau est ensuite réfléchi par la couche métallique. La
lumière du laser est alors fortement déviée (on dit qu'elle est réfractée), de telle sorte que la
dose de lumière renvoyée par la couche réfléchissante est minime. Le lecteur comprend
alors qu'il s'agit d'un 1. La longueur du motif qui suit, qu'il soit bosse ou creux, donne la
longueur du nombre de 0 situés après. La succession de 0 et de 1 permet ensuite de lire le
contenu du disque.
Les deux modes de fonctionnement pour la lecture de CD :

La lecture à vitesse linéaire constante notée CLV : Lorsqu'un disque tourne, la
vitesse des pistes situées au centre est moins importante que celle des pistes situées sur
l'extérieur, ainsi il est nécessaire d'adapter la vitesse de rotation du disque en fonction de la
position de la tête de lecture.

La lecture à vitesse de rotation angulaire constante notée CAV : elle consiste à avoir
une faible densité de données sur la périphérie du disque et une forte densité au centre du
disque. De cette manière, les débits sont les mêmes au centre et à la périphérie du disque.
En revanche, la capacité est moindre.
B) Le lecteur DVD
Un lecteur de DVD de salon tourne à la vitesse standard de 1X et jusqu'à 1530
tr/min, soit l'équivalent d'un lecteur CD d'environ 8X.Les lecteurs DVD-ROM de la
dernière génération tournent 16 fois plus vite (en vitesse maximale) qu'un DVD de salon. Ils
peuvent atteindre 24480 tr/min, soit une vitesse relative de 16X.Un lecteur DVD peut
balayer un disque à la recherche d'une séquence à une vitesse ultra rapide de 200X.
De plus, l'ouverture numérique a été augmentée de 0,45 (pour le CD) à 0,6
permettant une concentration plus fine du rayon, d'où la miniaturisation des pistes. Pour que
le débit constant maximum soit de l'ordre de 10 MB/s, la vitesse de rotation doit être élevée
; celle-ci varie selon le positionnement du laser, c'est-à-dire entre 630 (au bord extérieur du
disque) et 1530 tours par minute (près de l'axe du disque). Pour un CD standard cette
vitesse varie de 200 à 500 tours/minute.
L'emploi de double couches sur une même face n'oblige pas à utiliser deux rayons
laser mais un seul avec deux longueurs d'onde différentes : 635 et 650 nanomètres (diode
laser rouge).
Pour lire ces données, le laser du lecteur de DVD possède deux intensités :
 Lorsque l'intensité est faible, le rayon se réfléchit sur la surface en or, c'est à dire sur
la première couche et ne la traverse pas.
 Lorsqu'on augmente l'intensité du laser, le faisceau traverse la première couche en or
et se réfléchit sur la deuxième couche, qui est en argent.
C) Le lecteur Blue-Ray Disc
Cette technologie utilise une diode laser bleue (en fait bleue violacée) fonctionnant à
une longueur d'onde de 405 nm pour lire et écrire les données. Les CDs et les DVDs
conventionnels utilisent des lasers rouges et oranges à respectivement 780 nm et
650/635 nm. Son débit est de 36 Mbits/s à 1x et 72Mbit/s à 2x
III. Les graveurs de disques optiques
Les supports optiques réinscriptibles possèdent une couche chimique, le plus
souvent à base de cyanine. Or ce composé est sensible à la lumière. Ainsi, pour inscrire le
support, le laser du graveur va simplement marquer (ou brûler) cette couche chimique.
Remarquons que le terme ‘gravure’ n'est pas approprié. Il s'agit de brûlures de la surface du
support.
Dans le cas de disques réinscriptibles, la zone chauffée par le laser permet à une tête
magnétique de modifier sa capacité à réfléchir la lumière. Les disques réinscriptibles ont
une couche d'enregistrement à changement de phase et une couche réfléchissante
supplémentaire d'argent/aluminium. Un rayon laser peut faire fondre les cristaux dans la
couche d'enregistrement et les mettre dans une phase amorphe non cristalline ou leur faire
subir un lent recuit à une température plus basse jusqu'à ce qu'ils retrouvent un état
cristallin. Les réflexions respectives des différentes aires les font apparaître en creux ou en
bosses comme dans un disque standard.
Les disques réinscriptibles peuvent chacun être écrit à différentes vitesses ; de même
chaque graveur a ses propres capacités en ce qui concerne les vitesses d'écriture. Pour
pouvoir graver un disque, les vitesses de ce disque doivent correspondrent à celles du
graveur. Des normes ont été crées afin de pouvoir facilement distinguer les capacités de
chacun :
Norme
Vitesse
(Original)
1x - 4x
High Speed 4x - 12x
Ultra Speed 16x - 24x
Ultra Speed+ 32x
La longueur d’onde du laser utilisé paramètre ainsi la taille des micro-cuvettes
marquées sur le support : plus la longue d’onde est courte, plus les gravures seront petites,
permettant de stocker plus de données sur une même surface.