Chapitre 18 : Numérisation, transmission et stockage de l

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.
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 Télégraphe et alphabet de Morse Poste de radio FM et AM
Indien créant des signaux de
fumée Transmission wifi
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.
1

→ 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.
b- Sur le document 1, la fréquence d'échantillonnage est-
elle adaptée à la conversion du signal périodique
sinusoïdal ?
c- Pour approcher au mieux ce signal, comment faut-il
choisir la fréquence d'échantillonnage ?
d- Quel inconvénient cela présente-t-il pour la taille du
fichier ?
➢ 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.
●2ème étape : la quantification :
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 ?
b- Avec 2 bits ? 3 bits ?
c- Généralisation : Quelle est la quantité de nombres binaires possibles, appelée résolution R, possible
si l'on code avec N bits ?
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.
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 ?
2

3- Numériser une image :
Complément d'information : On assimile 1ko à 1kio=210octets.
a- Qu'est ce qu'un octet ?
b- Qu'est ce qu'un pixel ? Dans quel cas dit-on que l'image est « pixelisée » ?
c- Rappel de 1ère : comment est composé un pixel ? (Faire un schéma).
d- Calculer le nombre exact de couleurs possibles lorsque chacune des trois couleurs de base est codée sur
un octet.
e- Comment coder un pixel noir ? Un pixel blanc ?
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) ?
g- Quelles sont les dimensions en octet du tableau de nombre numérisant cette image ?
h- Retrouver l'ordre de grandeur de la taille du fichier. (Voir encadré : « Attention »)
i- Calculer la largeur et la hauteur de l'image affichée à l'écran, si la résolution est de 72dpi.
II- Transmission de l'information :
1- Mode de transmission :
➢ Activité p540-541 : Communiquer, une question de réseau...
2- Atténuation du signal :
Lors de sa propagation, tout signal est atténué (affaiblit). La puissance du signal diminue de manière
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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

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 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 ?
3- Débit binaire :
Le débit binaire D est le nombre de bits transférés chaque seconde d'une source vers un destinataire.
L'unité est notée bit.s-1.
D=1
Tb
où TB est la durée de transmission d'un bit
➢ Exemple : Un fichier de 200Mo est téléchargé sur Internet à 12,0 Mbit.s-1. Quelle est la durée du
transfert ?
Application : Transmission des informations par fibre optique (Extrait Polynésie 2013)
1. Rappeler une propriété d’un faisceau laser en montrant que celle-ci justifie l’usage de ce type de
rayonnement électromagnétique pour la transmission d’information par fibre optique.
2. En utilisant le document 3, choisir une longueur d’onde à privilégier pour une bonne transmission du
signal.
3. Le débit disponible pour ce dispositif de transmission a une valeur moyenne de 100 Mbit.s-1.
3.1. Évaluer le temps de transfert d’un fichier de 50 Mo.
3.2. On souhaite recevoir un film vidéo noir et blanc de 25 images par seconde. Ces images sont
constituées de 600 x 450 pixels, le codage de l’image est de 24 bits par pixel. La transmission peut-
elle être assurée dans de bonnes conditions ?
4. Un prestataire de service installe un réseau dans une petite ville. Il utilise de la fibre optique en silice. La
longueur maximale de fibre qu’il doit utiliser pour desservir tous ses clients a pour valeur L = 10,0 km.
La longueur d’onde du rayonnement émis par le laser utilisé est égale à 850 nm.
On admet que le signal de sortie est exploitable tant que sa puissance Psortie est supérieure à 1% de la
puissance Pentrée du signal entrant.
À l’aide des documents fournis, dire en justifiant si tous les clients bénéficient de signaux satisfaisants sans
amplification optique intermédiaire.
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III- Stockage de l'information :
1- Principe de fonctionnement d'un CD, DVD, BluRay :
➢ Activité 4 p 545 : La lecture d'un disque optique
2- Comment augmenter la capacité de stockage ?
➢ Activité 5 p546 : Stockage optique
5
Document 3 : Coefficient d’atténuation α (dB/km) des fibres en matériau de silice.
Document 2 : Transmission de la lumière dans une fibre à saut d’indice.
Document 1 : Quelques données :
L’atténuation en décibel d’un signal de puissance P à travers une chaîne de
transmission est :
ADB=10 log Pentree
Psortie
.
Pour une fibre optique de longueur L, on définit le coefficient d’atténuation en dB/km
par :  =
dB
A
L
.
1 Tbit (térabit) = 1012 bits
1 octet = 8 bits ; 1 Mo (mégaoctet) = 220 octets.