Chp 4 la transmission d informations

Terminale S_Thème 3_AGIR : LES DEFIS DE DEMAIN
chapitre 4_L’information
M.Meyniel 1/8
THEME
AGIR
Sous-thème
Transmettre et stocker l’information
Chapitre 4 : L’INFORMATION
NOTIONS ET CONTENUS
COMPETENCES ATTENDUES
Chaîne de transmission d’informations
Images numériques
Caractéristiques d’une image numérique :
pixellisation, codage RVB et niveaux de gris.
Signal analogique et signal numérique
Conversion d’un signal analogique en signal
numérique.
Echantillonage ; quantification ; numérisation.
Procédés physiques de transmission
Propagation libre et propagation guidée.
Transmission : par câble / par fibre optique
(notion de mode) / par transmission
hertzienne.
Débit binaire.
Atténuations.
Stockage optique
Ecriture et lecture des données sur un disque
optique. Capacités de stockage.
- Identifier les éléments d’une chaîne de transmission d’informations.
- Recueillir et exploiter des informations concernant des éléments de
chaînes de transmission d’informations et leur évolution récente.
- Associer un tableau de nombres à une image numérique.
- Mettre en œuvre un protocole expérimental utilisant un capteur (caméra ou
appareil photo numériques par exemple) pour étudier un phénomène
optique.
- Reconnaître des signaux de nature analogique et des signaux de nature
numérique.
- Mettre en œuvre un protocole expérimental utilisant un échantillonneur-
bloqueur et/ou un convertisseur analogique numérique (CAN) pour étudier
l’influence des différents paramètres sur la numérisation d’un signal
(d’origine sonore par exemple).
- Exploiter des informations pour comparer les différents types de
transmission.
- Caractériser une transmission numérique par son débit binaire.
- Evaluer l’affaiblissement d’un signal à l’aide du cœfficient
d’atténuation.
- Mettre en œuvre un dispositif de transmission de données (câble, fibre
optique).
- Expliquer le principe de la lecture par une approche interférentielle.
- Relier la capacité de stockage et son évolution au phénomène de
diffraction.
SOMMAIRE
I. La chaîne de transmission d’informations.
II. Le codage de l’information.
1. La numérisation.
2. Cas des images numériques.
3. Stockage optique.
III. La transmission d’informations.
1. Procédés physiques de transmission.
2. Atténuation d’un signal.
3. Le débit binaire.
ACTIVITE
Activité documentaire : Informations et chaînes de transmission
Codage d’une image numérique
Analogique ou numérique ?
Activité expérimentale : Les Convertisseurs Analogiques-Numériques
Les supports de propagation d’informations
EXERCICES
5 ; 7 ; 8 ; 29 ; 31 p 533-541
MOTS CLES
Chaîne de transmission (encodeur : CAN ; canal de transmission : atmosphère/câble électrique/fibre optique ;
décodeur : CNA), signal analogique, signal numérique, bits, échantillonnage, quantification, pixel, résolution,
stockage optique, capacité de stockage, propagation libre, propagation guidée, atténuation signal, débit binaire.
www2.ac-lyon.fr/enseignant/physique/phychi2/spip.php?article723

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L’INFORMATION
Dans tous les cours de physique, nous nous sommes attachés à observer et comprendre les phénomènes
qui nous entourent. Nous avons pu étudier les lois qui permettent de régir nos observations, les mouvements constatés et
relier de manière quantitative les énergies mises en jeu.
Et toutes ces études ont mis en avant l’importance du temps, paramètre dont on ne peut s’affranchir et qui légifère nos
évolutions.
Or, un des défis majeurs de l’Homme réside dans la communication, dans la transmission d’informations.
Comment l’Homme peut-il connaître sa position presque immédiatement par GPS ?
Comment une photographie peut se retrouver en quelques secondes à l’autre bout du monde ?
C’est tout l’objet de ce cours, comprendre l’action de l’Homme au cours du temps afin de toujours communiquer plus
vite, plus d’informations.
I. La chaîne de transmission d’informations.
Une information est un élément de connaissance codé à l’aide de règles communes à un
ensemble d’utilisateurs (langages, écritures, images, sons, …).
Une chaîne de transmission d’informations est l’ensemble des éléments permettant de transférer de
l’information d’un lieu à un autre.
Elle comporte : - un encodeur,
- un canal de transmission composé de l’émetteur, du récepteur, du milieu de
transmission et de l’information transmise,
- un décodeur.
Suivant le milieu de transmission, les signaux sont de nature et/ou de fréquences différentes :
* atmosphère : sons ( f = [20 ; 20.103 Hz] ), ultrasons ( f > 20.103Hz ), OEM ;
* câble électrique : signaux électriques en tension ou en courant ;
* fibre optique : OEM (visible λ ϵ [400 ; 800 nm], IR λ > 800 nm, …).
Document 1 : Les techniques de transmission
Elles se sont développées au milieu du XXème siècle avec l’avènement de l’électronique :
- l’électronique a permis la miniaturisation des dispositifs ;
- le développement de l’informatique a permis de coder tous les types d’informations vidéos,
sonores, texte, … et de les transmettre par les mêmes procédures et mêmes réseaux ;
- le passage du fil de cuivre à la fibre optique a permis d’améliorer la qualité et le débit des
transmissions,
- la téléphonie mobile, le Wi-Fi, le Bluetooth ont permis de s’affranchir des liaisons filaires.
Information à
transmettre
Information
codée
Information
reçue
Information
décodée
Emetteur – Milieu de propagation – Récepteur
CAN
CNA

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II. Le codage de l’information.
1. La numérisation.
En tout début d’année, nous avons vu que les capteurs convertissent la valeur d’une grandeur physique
(pression, température, vecteur-vitesse, … ) en un signal électrique (tension ou intensité) qui reste analogique.
Le signal analogique est un signal variant continûment dans le temps.
Ex : Tension électrique analogique associée à une onde
acoustique comme celle d’un microphone
Au contraire, un signal numérique varie de façon discontinue dans le temps.
Ex : La TNT (télévision numérique terrestre) repose sur
des signaux numériques.
En informatique, les signaux sont codés par des nombres. Les informations varient donc de façon
discrète et non continue.
Un fichier numérique est une succession de nombres binaires appelés « bits ». (abréviation de « binary digit »)
Ex : Un fichier MP3 est simplement une
succession de nombres 0 et 1 que le lecteur MP3
peut traiter par la suite :
Rq : * Chaque bit peut prendre la valeur 0 ou 1. Un octet est un ensemble de 8 bits qui permet de coder 28 entiers, de 0 à
255. Les valeurs prises sont bien définies et en nombre limité, l’information est discontinue.
* Le nombre de bits constituant un fichier numérique est généralement très grand : ko (kilooctet), Mo (mégaoctet = 106
octets), Go (gigaoctet = 109 octets) …
s
t (s)
t (s)
s
t (s)

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Document 2 : Principe de la numérisation
En informatique, seule la lecture de nombres discontinus est réalisée par un ordinateur. Or, le monde qui nous
entoure est décrit par des grandeurs continues.
Il convient donc de transformer un signal analogique (donc continu) en un fichier numérique (= discontinuité de
nombre) pour que l’ordinateur puisse réaliser le traitement de l’information.
Cette transformation est réalisée par un convertisseur analogique-numérique « CAN ».
La conversion du signal analogique en signal numérique doit bien évidemment se faire le plus fidèlement
possible malgré la perte de continuité dans l’information.
Pour cela, on procède à un découpage le plus fin possible du signal analogique :
* l’échantillonage permet de séquencer le signal au niveau
du temps.
Il faut que la fréquence d’échantillonnage « fe = 1 / Te »
soit bien plus grande que la fréquence propre f0 du signal
sinon le fichier numérique ne pourra retranscrire les
variations temporelles.
* la quantification d’attribuer une valeur numérique à chaque échantillon.
Plus le nombre de niveaux quantifiés est élevé, plus la valeur sera
proche de celle du signal analogique. Or, le nombre de niveaux est de 2N avec
N le nombre de bits (cf échelle verticale codant pour 4 bits). Plus N est grand,
plus la quantification sera de qualité.
On caractérise la quantification par son pas = 1 / 2N , qu’il faut le
plus petit possible pour une la meilleure qualité.
Rq : * Dans tous les cas, la gamme du CAN (= [amplitude min ; amplitude max]) doit être sélectionnée de façon à contenir tout le
signal en l’encadrant au plus près.
Ex : Numérisation d’un son
La qualité de la numérisation, ou conversion analogique-numérique, est d’autant plus grande que :
- la fréquence d’échantillonnage fE = 1 / TE est élevée ;
- le pas de quantification p = 1 / 2N est petit (soit N très grand).
Le code correspondant que reçoit l’ordinateur est donc :
0010, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000, 1001, 1001, 1001,
1001, 1001, 1000, 1000, 0111, 0111, 0111, 0110, 0110,
0110, 0110...
Dans la réalité le codage se fait sur 8 bits = 1 octet (256
niveaux possibles) ou 16 bits = 2 octets (65736 niveaux possibles).

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2. Cas des images numériques.
Document 3a : Numérisation des images
Un appareil photographique numérique ou un scanner assure la numérisation des images.
Pour cela, il découpe l’image en un quadrillage (ou trame) et chaque case correspond à un pixel (contraction
de « picture element »). Chaque pixel est alors codé par un nombre binaire correspondant à la couleur de la
case. L’ensemble des codes de chaque case constitue le fichier numérique associé à l’image.
* Codage en niveau de gris (communément appelé « en noir et blanc ») :
Chaque pixel de l’image est affecté d’un nombre binaire de N bits variant entre 0 (noir) et 2N-1 (blanc).
Ex : Pour un octet, il y a alors 28 = 256 niveaux de gris possibles !
* Codage RVB (en « couleur » ou en « Rouge Vert Bleu ») :
Chaque pixel de l’image est affecté de 3 nombres de N bits pour coder chacune des trois couleurs
primaires en synthèse additive : le rouge, le vert et le bleu. La superposition relative de ces 3 couleurs
permettra alors d’obtenir la couleur codée.
Ex : Si chacune des 3 couleurs primaires d’un pixel est codée par 1 octet, le nombre
de couleurs possibles par pixel vaut (28 × 28 × 28) soit 16,8.106 couleurs possibles !!!
Rq : * Il existe de nombreux types de fichiers informatiques associés aux images numériques avec compression des données.
Document 3b : Résolution et taille des images
* Résolution ou définition :
Comme pour la numérisation d’un signal analogique, plus le quadrillage de l’image est petit, plus le
codage sera fidèle.
En d’autres termes, plus le nombre de pixel est grand, meilleure sera la résolution de l’image.
La précision de la numérisation s’exprime en dpi (dot per inch [ou « ppp » point par pouce en français]). Il s’agit
du nombre de pixel par pouce (1 pouce = 2,54 cm).
Ex : La numérisation d’une feuille A4 (21,0 cm × 29,7 cm) en 300 dpi correspond à une trame de :
Rq : * La reproduction d’une image sur un écran est effectuée par l’allumage indépendant de chaque pixel. En réalité,
chaque pixel d’un écran est divisé en 3 cellules lumineuses : 1 rouge, 1 verte et 1 bleue. La résolution de l’écran détermine la
qualité de l’image.
* Dans le cas d’une impression sur papier, la reproduction se fait point par point. La qualité dépend de la résolution de
l’imprimante qui s’exprime en dpi comme un écran.
* Taille d’une image :
C’est la place qu’occupe le codage de tous les pixels = (résolution × nombre d’octets par pixel).
En niveaux de gris, il y a 1 octet par pixel contre 3 pour le codage en couleurs. Une image en « noir et blanc »
occupe alors 3 fois moins de place.
En réalité, la taille comprend quelques octets supplémentaires pour coder le format, le nombre
de lignes, de colonnes, le nom du fichier …
Exp : Cf ppté écran d’ordi pour résolution
Cf choix couleur doc word pour codage RVB 8 bits