Chapitre 18 (correction) - La physique chimie au lycée

CORRECTION Chapitre 18 : Numérisation, transmission et stockage de l'information
Rendre la transmission d'informations rapide, simple et efficace est un enjeu crucial du XXIème siècle. La
physique joue un rôle majeur dans cette évolution technologique.
Activité introductive : Chaîne de transmission d'information.
L'information doit dans un premier temps être numérisée (encodée) puis transmise par différent moyen
selon le type de signal et enfin être décodée voir stockée par le destinataire.
➢ A l'aide des documents p516 réaliser la chaîne de transmission pour le téléphone filaire et pour le
téléphone cellulaire.
Téléphone filaire (analogique ) :
Voix → Micro (convertit en signal électrique) → ligne filaire (téléphonique) → haut parleur (convertit le
signal électrique en sonore) → Oreille
Téléphone cellulaire :
Voix → Micro (convertit en signal électrique) → numérisation/compression → ondes électromagnétiques /
antennes relais → décompression → haut parleur (convertit le signal électrique en sonore) → Oreille
I- Numérisation de l'information :
1- Signal analogique et signal numérique :
La plupart des grandeurs (température, pression, intensité de la voix...) dans le monde qui nous entoure
évoluent de manière continue. Ces informations sont converties en signaux électriques par l'intermédiaire
de capteurs . Il en existe deux catégories :
Les signaux analogiques qui varient de façon continue dans le temps.
Les signaux numériques qui transportant une information sous la forme de paliers (discontinue). Un
signal numérique est une succession de « 0 » (tension nulle) et de « 1 » (tension non nulle) appelés bits
(BInary digiT).
➢ Exemple : Analogique et numérique ?
Téléphone en pots de yaourt
Analogique
Télégraphe et alphabet de Morse
Numérique Poste de radio FM et AM
Analogique
Indien créant des signaux de
fumée
Numérique
Transmission wifi
Numérique
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2- Conversion analogique-numérique :
Les ordinateurs ne traitent que des informations numériques, codées dans un langage binaire (0 et 1), il est
donc nécessaire de convertir le signal à l'aide d'un CAN (convertisseur analogique-numérique). On parle
alors de numérisation du signal qui se fait en 2 étapes.
●1ère étape : l’échantillonnage :
L'échantillonnage est la prise de mesures d'une tension à intervalles de temps donnés, notés Te, période
d'échantillonnage.
→ Répondre aux questions en utilisant l'animation :
http://www.ostralo.net/3_animations/swf/echantillonnage.swf
a- On appelle la fréquence de l'échantillonneur : fréquence
d'échantillonnage, que l'on note fe. Proposer une définition
de cette grandeur.
Il s'agit du nombre de mesure de tension réalisée en 1
seconde.
b- Sur le document 1, la fréquence d'échantillonnage est-
elle adaptée à la conversion du signal périodique
sinusoïdal ?
Non, on voit que la courbe correspondant à
l'échantillonnage ne « colle » pas du tout avec le signal
initial
c- Pour approcher au mieux ce signal, comment faut-il choisir la fréquence d'échantillonnage ? Il faut
prendre plus de points, donc augmenter la fréquence d'échantillonnage. La fréquence d'échantillonnage
doit être au moins 2 fois supérieure à la fréquence du signal à échantillonner. (→ Montrer sur animation)
d- Quel inconvénient cela présente-t-il pour la taille du fichier ? La taille augmente, le fichier est plus
lourd.
➢ Exercice : (Extrait bac Asie 2013) On a
représenté sur le document 2 le son issu d'un micro
qui a permis l'enregistrement sur un CD et sur le
document 3 la tension après échantillonnage pour
être gravée sur le CD.
→ Déterminer la fréquence d'échantillonnage.
On mesure la « taille » horizontale de plusieurs créneaux. En 100μs il y a 5 mesures de réalisées. Soit Te =
20μs → fe= 1/Te=50kHz. Ou alors on fait un petit produit en croix … 100.10-6s-> 5mesures, 1 s → ?
mesures.
●2ème étape : la quantification :
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La quantification consiste à associer à chaque valeur de la tension retenue après échantillonnage un
nombre binaire constitué de « 0 » et de « 1 ».
a- Combien de nombres binaires différents peut-on écrire avec 1 bit ? 2 valeurs : 0 ou 1
b- Avec 2 bits ? 3 bits ? Avec 2 bits : 00, 01, 10, 11 → 4 possibilités. Avec 3 bits : 000,
001,010,100,011,101,110,111 → 8 possibilités
c- Généralisation : Quelle est la quantité de nombres binaires possibles, appelée résolution R, possible
si l'on code avec N bits ? 2N possibilités. R=2N
L'intervalle de tension qui existe entre deux valeurs numériques binaires successives est appelé le pas de
quantification (plus petite tension convertible). Pour le déterminer, on divise l'intervalle dans lequel sont
comprises les valeurs de tensions par la résolution R.
➢ Exemple : Une tension évolue de 0 à 6V, elle est codée en 3 bits. Déterminer le pas de quantification.
Résolution : R=23=8
La plage de valeurs : 6V
Pas de quantification :
p=plage
R=6 8=0,75V
. Cela signifie que les 8 valeurs numériques de tension
seront 0V, 0,75V, 1,5V, 2,25V, 3,0, 3,75V, 4,5V et 5,25V. Lors de la quantification, chaque tension
analogique sera arrondie à la plus proche de ces valeurs.
Bilan :
Quels sont les paramètres du convertisseur analogique-numérique à prendre en considération pour
avoir un signal numérique le plus ressemblant au signal analogique de départ ?
La numérisation sera de grande qualité si :
–la fréquence d'échantillonnage est grande devant la fréquence du signal à numériser.
–Le pas du CAN est faible
–La résolution du CAN est grande
3- Numériser une image :
a- Qu'est ce qu'un octet ? Un paquet de 8bits.
b- Qu'est ce qu'un pixel ? Dans quel cas dit-on que l'image est « pixelisée » ? Un pixel est le plus petit
élément constitutif d'une image. On dit qu'elle est pixéllisé si les pixels sont apparent à l'oeil nu.
c- Rappel de 1ère : comment est composé un pixel ? (Faire un schéma). Un pixel est composé de trois
sous-pixel : R-V-B car ce sont les couleurs primaires de la synthèse additive. Chaque sous-pixel est
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composé d'un octet soit 8 bits → 24bits pour un pixel. Schéma p524.
d- Calculer le nombre exact de couleurs possibles lorsque chacune des trois couleurs de base est codée sur
un octet. Pour un octet : 28=256 possibilités. Comme il y a 3 sous pixels → 2563=16 777 216 possibilités
e- Comment coder un pixel noir ? Un pixel blanc ? Pixel noir : des 0 partout, tout est éteint. Pixel blanc :
des 1 partout, dans ce cas tout est allumé et le blanc naît de la superposition des 3 couleurs primaires.
f- Quel est le nombre total de pixels de l'image en couleur dont les caractéristiques sont données par le
doc1 (les dimensions sont en pixels) ? → dimension : 640x400 = 256 000 pixels
g- Quelles sont les dimensions en octet du tableau de nombre numérisant cette image ? 1 pixel → 3 octet
donc 256 000pixels → 3x256000=768 000 o
h- Retrouver l'ordre de grandeur de la taille du fichier. Sachant que 1ko=1024octets (abus de langage) . Le
fichier fait 768 000/1024 = 750ko.
i- Calculer la largeur et la hauteur de l'image affichée à l'écran, si la résolution est de 72dpi.
72 pixels → 1 pouce
hauteur : 640 pixels → 8,9 pouces → 22,25 cm
largeur : 400pixels → 5,6 pouces → 14 cm
II- Transmission de l'information :
1- Mode de transmission :
➢ Activité p540-541 : Communiquer, une question de réseau...
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Attention !!!
En informatique, on compte en langage binaire et donc les multiples des unités ne sont pas kilo, méga,
giga mais kibi, mébi, gébi …
Normalement : 1 kilooctet = 1000 octets et 1kibioctet = 210 = 1024 octets. Cependant par abus de
langage, on assimile très souvent le kibioctet au kilo-octet.
→ Il faut s'adapter à ce qui est donné dans l'énoncé. Dans les énoncés du bac on donne toujours la
correspondance : 1ko=210octet par exemple.
Nom kibioctet mébioctet gébioctet tébioctet
Symbole Kio Mio Gio Tio
Valeur (en octet) 210 220 230 240

2- Atténuation du signal :
Lors de sa propagation, tout signal est atténué (affaiblit). La puissance du signal diminue de manière
exponentielle avec la distance L séparant l'émetteur et le récepteur, c'est pourquoi on utilise une échelle
logarithmique pour mesurer l'atténuation.
A=10log(Pe
Ps
)
A : atténuation en dB (décibel), Pe : puissance à l'entrée du câble et Ps : puissance en sortie du câble.
Bien entendu, plus la distance à parcourir (L) est grande, plus l'atténuation sera importante. Pour
s'affranchir de cette distance et comparer les milieux de propagation/les types de câbles en entre eux, on
définit le coefficient d'atténuation linéaire α.
α= A
L=10 Llog(Pe Ps
)
(en dB.m-1)
➢ Exercice d'application : Une ligne de transmission téléphonique a un coefficient d'atténuation linéaire
de 7,9dB/km. La puissance d'entrée est de 100mW et le récepteur téléphonique chez un particulier impose
que la puissance de sortie ne soit pas inférieure à 3,5μW.
→ Quelle est la longueur maximale de la ligne téléphonique ?
On peut calculer l'atténuation à ne pas dépasser puis à l'aide du coefficient d'atténuation on déterminera la
longueur maximale. Attention il faut mettre les 2 puissances dans la même unité
→
A=10log(100.10−3
(3,5 .10−6))=45dB
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