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C J Mme CF A M AF MM A
LLAA LLUUMMIIEERREE
Lyceacutee Emilie de Rodat ndash Toulouse Session 2004-2005
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SOMMAIRE
Introduction page 2
I LA LUMIERE page 3
a) Les proprieacuteteacutes de la lumiegravere
b) Le modegravele ondulatoire
c) Le modegravele corpusculaire
II LA TRANSMISSION page 8
a) La transmission
b) La fibre optique
c) Lrsquoinfrarouge
d) Lrsquoœil
III LE STOCKAGE DE LrsquoINFORMATION page 12PAR LA LUMIERE
a) Drsquoun systegraveme optique agrave un systegraveme eacutelectrique
b) Drsquoun systegraveme eacutelectrique aux donneacutees informatiques
c) Ecriture drsquoun disque
Conclusion page 14
Lexique page 1516
Bibliographie page 17
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Introduction
Chaque jour nous travaillons sur ordinateur utilisons le teacuteleacutephone jouons agrave des jeux
videacuteos etchellip Ce que nous savons peut-ecirctre moins en faisant toutes ces choses crsquoest que la
lumiegravere joue un rocircle capital En effet cette derniegravere est utiliseacute comme support afin de
transmettre des donneacutees et de les stocker Concernant la transmission de lrsquoinformation on
peut notamment citer lrsquoexemple le plus connu la fibre optique On la retrouve donc dans les
teacuteleacutecommunications dans les automobiles dans la meacutedecine et drsquoautres domaines encore
Enfin on utilise le stockage de lrsquoinformation gracircce agrave la lumiegravere avec des Compact Disc (CD)
ou DVD Tout ceci nous amegravene agrave nous pencher sur une probleacutematique des plus
inteacuteressantes
De quelle maniegravere la lumiegravere peut-elle serviragrave transmettre et agrave stocker lrsquoinformation
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I QUrsquoEST CE QUE LA LUMIERE
a) Les proprieacuteteacutes de la lumiegravere
La lumiegravere fait partie de la vie de tous les jours il est donc important de srsquointerrogersur la maniegravere dont elle se deacuteplace Il existe deux modegraveles qui peuvent tout deux modeacuteliserce deacuteplacement Dune part elle preacutesente un aspect ondulatoire qui permet dinterpreacutetercertaines expeacuteriences comme la diffraction de la lumiegravere par des obstacles ou desouvertures dautre part elle preacutesente un aspect corpusculaire qui permet dinterpreacuteterdautres expeacuteriences comme leffet photoeacutelectrique Pour lrsquoinstant inteacuteressons-nous auxfabuleuses proprieacuteteacutes de la lumiegravere
- Tout drsquoabord sa ceacuteleacuteriteacute dans le vide est une constante universelle On la note c =300 x108 ms-1 Cependant mecircme si la diffeacuterence est infime on peut srsquoapercevoir que lavitesse de propagation de lumiegravere dans des milieux transparents est infeacuterieure agrave sa vitessede propagation dans le vide mais par convention on consideacuterera cette vitesse eacutegale dans lesdeux milieux
- Ensuite sa longueur drsquoonde et la freacutequence de sa radiation lumineuse
Drsquoabord une radiation lumineuse est caracteacuteriseacutee par
Sa freacutequence v exprimeacutee en Hertz (Hz) ou sa peacuteriode T en seconde (s) Sa longueur drsquoonde dans le vide euml0
Remarque la freacutequence drsquoune radiation lumineuse ne deacutepend pas du milieu depropagation tandis que la longueur drsquoonde deacutepend du milieu de propagation
De maniegravere geacuteneacuterale on caracteacuterise une radiation lumineuse par sa longueur drsquoondedans le vide La longueur drsquoonde dans le vide drsquoune radiation lumineuse est donneacutee par larelation
euml0= cT =vc
Le scheacutema ci-dessous preacutesente lrsquoeacutechelle des longueurs drsquoondes lumineuses
Avec 0λ longueur drsquoonde dans le vide en mC vitesse de la lumiegravere dans le vide (en ms-1)T peacuteriode de la radiation (en s)V freacutequence de la radiation lumineuse (en Hz)
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Par ailleurs la longueur drsquoonde deacutepend du milieu de propagation Ce milieu depropagation est propre agrave chaque milieu transparent On le deacutefini par lrsquoindice n Crsquoest unnombre sans dimension deacutefini pour une lumiegravere monochromatique de freacutequence donneacutee parle rapport entre la ceacuteleacuteriteacute c de la radiation dans le vide et sa ceacuteleacuteriteacute v dans le milieuconsideacutereacute deacutefini par la relation
n =vc
Par exemple lrsquoindice de lrsquoair est voisin de 1 et celui de lrsquoeau de 133Lorsque le rayon lumineux passe drsquoun milieu n1 agrave un milieu n2 il peut subir une
diffraction ouet une reacuteflexion cela deacutepend de la densiteacute de chaque milieu Lrsquoeacutetude de ladiffraction de la lumiegravere est rendue possible gracircce aux lois de Descartes connue pour saformule
n1sini = n2sinr avec i rayon incidentr rayon reacutefracteacuten1 indice du milieu 1n2 indice du milieu 2
Les lumiegraveres monochromatiques et polychromatiques
Une lumiegravere monochromatique est une radiation de freacutequence deacutefinie fixeacutee par lasource La lumiegravere drsquoun laser est une lumiegravere dite monochromatique Elle a une longueurdrsquoonde dans le vide avoisinant nm86320 asympλ
Une lumiegravere polychromatique est constitueacutee de radiations de freacutequences diffeacuterentesLa lumiegravere blanche est constitueacutee drsquoune infiniteacute de variations La lumiegravere eacutemise par unelampe agrave vapeur de mercure est aussi une lumiegravere polychromatique (constitueacutee de radiationsrouges jaunes vertes bleues et violettes Le spectre de la lumiegravere provenant de la lampe agravevapeurs de mercure est exposeacute ci-dessous
Rappel Un spectre eacutemis par la lumiegravere qui est la conseacutequence de lrsquoexcitation drsquoatomes demercure gracircce agrave des deacutecharges eacutelectriques Ainsi le gaz agrave faible pression et agrave tempeacuteratureeacuteleveacutee eacutemet une lumiegravere constitueacutee drsquoun nombre limiteacute de radiations crsquoest un spectre deraies
Avec n indice du milieuC vitesse de la lumiegravere dans le vide en ms-1
V vitesse de la lumiegravere dans le milieu en ms-1
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b) Le modegravele ondulatoire
Le premier homme agrave exposer cette theacuteorie fut le grand physicien neacuteerlandaisHuygens En effet vers 1690 Huygens publia une theacuteorie de la lumiegravere en partant de lrsquoideacuteeque la propagation de celle-ci pouvait ecirctre assimileacutee agrave celle des ondes agrave la surface de lrsquoeau
Il proposa qursquoun faisceau de lumiegravere agrave bords parallegraveles et rectilignes corresponde agraveune propagation drsquoondes suivant une direction donneacutee les rayons lumineux sont alors deslignes fictives perpendiculaires aux fronts drsquoonde et deacutefinissant la direction de propagationde lrsquoonde
Ce modegravele est donc utiliseacute car il permet de rendre compte de nombreusesexpeacuteriences et de les expliquer notamment les pheacutenomegravenes de diffraction et de reacuteflexionInteacuteressons-nous deacutesormais agrave la lumiegravere en tant qursquoonde eacutelectromagneacutetique
La lumiegravere est une onde eacutelectromagneacutetique Pour bien comprendre ce conceptdrsquoeacutelectromagneacutetisme il est neacutecessaire de rappeler briegravevement certaines conceptions
Tout drsquoabord nous vivons en permanence dans un champ eacutelectromagneacutetique lui-mecircme creacutee par la preacutesence de particules chargeacutees (toute particule chargeacutee creacutee un champeacutelectrique) et par le deacuteplacement de ces particules (le courant eacutelectrique creacutee un champmagneacutetique comme par exemple celui de la Terre) Pour simplifier on peut comparer unchamp eacutelectromagneacutetique agrave une eacutetendue drsquoeau En effet si lon jette un caillou agrave la surfacede lrsquoeau on peut observer des vagues Ces vagues sont des perturbations qui se propagentcest-agrave-dire des ondes
La lumiegravere est une perturbation du champ eacutelectromagneacutetique qui se deacuteplace Crsquoest cequi lui donne la proprieacuteteacute de pouvoir se deacuteplacer dans le vide (dans le vide il existe aussi unchamp eacutelectromagneacutetique) La lumiegravere perturbation du champ eacutelectromagneacutetique sedeacuteplace agrave la vitesse c = 300 x108 ms-1 dans lrsquoair et le vide
Enfin la lumiegravere nrsquoest pas le seul reacutesultat de la perturbation drsquoun champeacutelectromagneacutetique Il en existe plein drsquoautres pas forceacutement visible par lrsquoœil humain lesrayons X les ondes radio les rayons Gamma
Les fentes de Young
Les fentes de Young sont lobjet duneexpeacuterience reacutealiseacutee en 1802 par ThomasYoung qui vise agrave deacutemontrer le caractegravereondulatoire de la lumiegravere Lors de cetteexpeacuterience la lumiegravere doit en traversantdeux fentes parallegraveles de mecircme dimensionsproduire un ensemble de franges
On utilise donc une source de lumiegraveremonochromatique (un laser) et on pose agrave lasortie de cette source une plaque bloquantle passage de la lumiegravere composeacutee de deuxfentes parallegraveles verticales et de mecircmesdimensions
On observe alors sur lrsquoeacutecran unefigure complexe une figure de diffractionscomposeacutees en intermittence de zonessombres et de zones lumineuses ougraveparvient la lumiegravere du laser provenant desdeux fentes
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Ci-dessous un exemple de deux rayons parvenant au mecircme endroit
Pour arriver au point x de lrsquoeacutecran les deuxrayons parcourent une distance qui diffegravere de
auml = [Dsup2 + (x+ d2)sup2] - [Dsup2 + (x d2)sup2 xdr dsinegrave
La figure de diffraction est due au fait quecertaines ondes srsquoannihilent et creacuteeacutees ainsi deszones noires qui se traduisent par lesinterfeacuterences visibles dans la figure de diffraction
On peut donc parler drsquoun comportementondulatoire de la lumiegravere
c) Le modegravele corpusculaire
Au deacutebut des recherches sur la nature de la lumiegravere (aussi bien au XVIIe siegravecle quedans lrsquoantiquiteacute) le modegravele corpusculaire put ecirctre consideacutereacute comme bon en fonction desreacutesultats expeacuterimentaux de lrsquoeacutepoque
On imaginait des corpuscules analogues aux corps mateacuteriels que nous connaissonsmais eacutevidemment beaucoup plus petits pour Isaac NEWTON (1704) notamment un rayonlumineux serait alors simplement la trajectoire des grains de lumiegravere qui passent agrave tregravesgrande vitesse par un point donneacute suivant une direction donneacutee ces grains de lumiegravere sontappeleacutes photons
De plus ce modegravele peut aussi expliquer les pheacutenomegravenes de reacuteflexion et de reacutefractionde la lumiegravere En effet la reacuteflexion de la lumiegravere peut srsquoexpliquer par le rebondissement debilles eacutelastiques sur une surface rigide comme lrsquoa sciemment deacutemontreacute Descartes
Il tenta drsquoexpliquer aussi la reacutefraction par analogie avec ce qui se passe quand une balleest lanceacutee avec une raquette contre une toile (ou une feuille de papier) tellement fine quela balle peut passer agrave travers en rompant cet obstacle Le meacuterite de Descartes est drsquoavoirmontreacute que la reacutefraction est un pheacutenomegravene lieacute agrave un changement de vitesse de propagationde la lumiegravere Neacuteanmoins quand ces corpuscules sont ralentis en peacuteneacutetrant dans le secondmilieu ils devraient srsquoeacutecarter de la normale Mais puisque la lumiegravere se rapproche de lanormale en passant de lrsquoair dans le verre il fallait en conclure que drsquoapregraves ce modegravele lavitesse de la lumiegravere est plus grande dans le verre que dans lrsquoair ou encore que la vitesse dela lumiegravere est supeacuterieure dans les milieux plus reacutefringents comme si ces particules eacutetaientattireacutees par celles du milieu
Une autre difficulteacute rencontreacutee par ce modegravele est lrsquoobservation suivant laquelle deuxrayons lumineux peuvent srsquoentrecroiser sans avoir drsquoeffet lrsquoun sur lrsquoautre cette proprieacuteteacute nesrsquoexplique pas facilement au moyen du modegravele corpusculaire puisqursquoil faudrait admettre queles laquo particules de lumiegravere raquo devraient se rencontrer sans subir la moindre collision mecircmequand il y en a beaucoup crsquoest agrave dire quand la lumiegravere est intense
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Expeacuterience drsquoHertz
Lrsquoexpeacuterience a eacuteteacute reacutealiseacuteedans le but de comprendre lrsquoaspectcorpusculaire de la lumiegravere (lesphotons) mais a eacutechoueacute pour desraisons que nous ignorons Lesobservations faites ne sont donc pasconformes agrave lrsquoexpeacuterience
Nous aurions du en theacuteorieobserver avec une source de lumiegravere(lampe agrave mercure agrave lrsquoeacutetat gazeux)
- lorsque la plaque de zinc et lrsquoeacutelectroscope sont chargeacutes neacutegativement lrsquoaiguillede lrsquoeacutelectroscope est deacutevieacute a un angle drsquoenviron 25deg puis on eacuteclaire la plaque de zinc etlrsquoeacutelectroscope se deacutecharge (lrsquoaiguille retourne a son eacutetat premier)
On peut alors dire que la lumiegravere semble provoquer le deacutechargement des eacutelectronsde lrsquoaiguille
- lorsque lrsquoeacutelectroscope et la plaque de zinc sont chargeacutes neacutegativement et qursquooninterpose une plaque de verre entre la source de lumiegravere et la plaque de zinc lrsquoaiguille delrsquoeacutelectroscope ne bouge pas On enlegraveve alors la plaque de verre et on observe quelrsquoeacutelectroscope se deacutecharge
On peut maintenant affirmer que crsquoest la lumiegravere qui provoque le deacutechargement delrsquoeacutelectroscope (chargeacute neacutegativement)
- lorsque lrsquoeacutelectroscope et la plaque de zinc sont chargeacutes positivement onnrsquoobserve aucun changement que la plaque de zinc soit eacuteclaireacutee ou non
On peut alors dire que cet effet de la lumiegravere nrsquoa drsquoeffet que lorsque la laquo cible raquo estchargeacutee neacutegativement
On peut conclure cette expeacuterience en disant que la lumiegravere permet drsquoextraire lescharges neacutegatives (les eacutelectrons) du meacutetal On parle drsquoeffet photoeacutelectrique de la lumiegravereTous les comportements de la lumiegravere ne sont donc pas explicables par lrsquoun ou lrsquoautremodegravele ondulatoire ou corpusculaire il nrsquoy a pas de modegravele unique La lumiegravere se comportetantocirct comme une onde tantocirct comme des particules
Le modegravele ondulatoire permet de preacutevoir si beaucoup ou peu de lumiegravere arrive agrave un endroitdonneacute il est efficace pour comprendre la propagation de la lumiegravere dans lrsquoespace De plusle modegravele corpusculaire est efficace pour expliquer les eacutechanges drsquoeacutenergie entre matiegravere etlumiegravere on dit qursquoelle a un comportement quantique
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II LA TRANSMISSION DES DONNEES PAR LA LUMIERE
a) La transmission
Pour que la transmission de donneacutees puisse seacutetablir il doit exister une lignephysique un signal radio eacutelectrique ou lumineux appeleacutee aussi voie de transmission oucanal entre les deux machines Ces voies de transmission sont constitueacutees de plusieurstronccedilons permettant de faire circuler les donneacutees sous forme dondes eacutelectromagneacutetiqueseacutelectriques lumineuses ou mecircme acoustiques On a donc un pheacutenomegravene vibratoire qui sepropage sur le support physique Il en reacutesulte un signal ondulatoire deacutependant de la grandeurphysique que lon fait varier dans le cas de la lumiegravere il sagit dune onde lumineuse
Les ondes sont caracteacuteriseacuteespar leur freacutequence leur amplitude etleur phase
Le principe de la transmission
Pour une transmissiondonneacutee sur une voie decommunication entre deux machinesla communication peut seffectuer dediffeacuterentes maniegraveres Latransmission est caracteacuteriseacutee par
bull le sens des eacutechangesbull le mode de transmission il sagit du nombre de bits envoyeacutes simultaneacutementbull la synchronisation il sagit de la synchronisation entre eacutemetteur et reacutecepteur
Nous utiliserons plusieurs exemples qui permettent de transmettre la lumiegravere
b) La fibre optique
Trois eacuteleacutements essentiels
bull Emetteur diode laserbull Support de transmission fibre optiquebull Reacutecepteur photo-deacutetecteur
De faccedilon tregraves scheacutematique le laser convertit un signal eacutelectrique issu dun appareil decommunication (teacuteleacutephone ordinateur) en un signal optique Ce signal optique estachemineacute par la fibre jusquau deacutetecteur qui fait lopeacuteration inverse du laser cest agrave dire quilconvertit un signal optique en un signal eacutelectrique
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Le laser et le photo-deacutetecteur sont tout deux muni drsquoun circuit imprimeacute (ou puce) quisert agrave transformer les eacutelectrons en photon ou les photons en eacutelectron Nous utilisons le lasercomme source de lumiegravere car leacutenergie de son faisceau est beaucoup plus eacuteleveacutee que cellede nimporte quelle source classique car le laser eacutemet une lumiegravere monochromatique Unelampe peut ecirctre aussi lumineuse quun laser mais contrairement au laser elle eacutemet sur toutesles longueurs dondes
Les fibres optiques ont dabord eacuteteacute utiliseacutees pour faire de
limagerie essentiellement dans le domaine meacutedical
(endoscopie) Lideacutee dutiliser des fibres optiques pour
transmettre de linformation est apparue au deacutebut des anneacutees
60 avec lapparition du laser Neacuteanmoins un effort
consideacuterable devrait ecirctre fait pour reacuteduire les pertes des fibres
qui ne permettaient quune propagation dun signal sur une
distance tregraves reacuteduite typiquement quelques megravetres
Composition dune fibre
- Un noyau (ou cœur) qui veacutehicule lalumiegravere- Une gaine optique qui confine lalumiegravere dans le noyau- Une couche de substrat (parfois) quiaugmente la reacutesistance meacutecanique- Un revecirctement primaire premiegraverecouche de protection meacutecanique
- Un revecirctement secondaire couche exteacuterieure de protection meacutecanique
Photo dune fibre optiquestandard
Teacuteleacutephone(Blablabla)
LASERPHOTO-
DETECTEUR
Teacuteleacutephone(Blablabla)
Signaleacutelectrique
Fibreoptique
Impulsionslumineuses Signal
eacutelectrique
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Les fibres sont identifieacutees par le diamegravetre de leur noyau et le diamegravetre de leur gaine optiquevaleurs donneacutees en micromegravetres (microm) Les fibres optiques sont constitueacutees de deux milieuxdindices optiques diffeacuterents
- Dun coeur (noyau) dindice optique n1- Dune gaine dindice optique n2
Tel que n1 gt n2
De ce fait les rayons lumineux peuvent ecirctre reacutefleacutechis en passant drsquoune gaine agrave lrsquoautre
Pour quun rayon soit guideacute ilfaut que celui-ci soit reacutefleacutechi agravelinterface coeurgaine de la fibre cequi impose une condition sur langledincidence du rayon sur la facedentreacutee de la fibre
c) Lrsquoinfrarouge
La transmission de donneacutees par infrarouge est une technologie reacutecente Uneteacuteleacutecommande est lexemple le plus simple de communication infrarouge
Les infrarouges ne sont pas affecteacutes par les perturbations eacutelectromagneacutetiques Unverrouillage de la freacutequence et un filtrage de la lumiegravere du jour augmentent la fiabiliteacute dusystegraveme
La transmission doit se faire en ligne droite (sans obstacle) mais la dispersion dusignal infrarouge autorise une toleacuterance importante dans lalignement La transmission parinfrarouge permet drsquoutiliser la lumiegravere pour transmettre des donneacutees La transmission parinfrarouge offre une seacutecuriteacute bien plus grande que les autres techniques de transmission Enrevanche le deacutebit est bien plus reacuteduit Il srsquoeacutetend de 1 agrave 2 meacutega octets par seconde (Mos)Unsystegraveme infrarouge comprend trois eacuteleacutements leacutemetteur le diffuseur (parfois ces deuxeacuteleacutements sont combineacutes) et le reacutecepteur
Leacutemetteur achemine le signal audio au diffuseur qui effectue sa conversion enrayonnement infrarouge Le reacutecepteur deacutecode le signal infrarouge et restaure le signal audiooriginal qui peut ecirctre eacutecouteacute sur un casque ou des eacutecouteurs steacutethoscopiques Latransmission infrarouge implique que le reacutecepteur reste agrave porteacutee optique de leacutemetteur Latechnique infrarouge permet eacutegalement la confidentialiteacute des transmissions
Il est possible gracircce agrave la technologie infrarougedobtenir des deacutebits allant de 1 agrave 2 Mos en utilisant unemodulation appeleacute PPM (pulse position modulation)
Gaine optique
Cœur
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La modulation PPM consiste agrave transmettre des impulsions agrave
amplitude constante et agrave coder linformation suivant la position de
limpulsion Le deacutebit de 1 Mos est obtenu avec une modulation de
16-PPM tandis que le deacutebit de 2 Mos est obtenu avec une
modulation 4-PPM permettant de coder deux bits de donneacutees avec
4 positions possibles (ci-contre)
d) Lrsquoœil
Loeil par exemple est un deacutetecteur qui convertit une image en un signal nerveux
achemineacute par le nerf optique Un deacutetecteur optique (ou photodeacutetecteur) convertit un signal
optique en un signal eacutelectrique
Conclusion
LInternet de lavenir aura de plus en plus recours aux fibres optiques - des fils de
verre ou de plastique aussi minces voire de diamegravetre plus petit quun cheveu humain qui
transmettent linformation au moyen de photons des eacuteleacutements entrant dans la composition
de la lumiegravere La transparence de la fibre et la couche de verre tregraves reacutefleacutechissante qui
entoure la fibre permettent agrave la lumiegravere de poursuivre sa route avec pratiquement aucune
perte de signal En conseacutequence la technologie de la fibre optique permet agrave dimportantes
quantiteacutes de donneacutees de franchir en toute fiabiliteacute de grandes distances agrave des vitesses tregraves
eacuteleveacutees
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III Le Stockage de lrsquoinformation par la lumiegravere
Un exemple simple le Compact Disk (CD) et le Digital Versatile Disk (DVD)
La lumiegravere bien pratique agrave toutesnos utilisations est rentreacutee peu agrave peudans lrsquoeacutelectronique et plus preacuteciseacutementdans lrsquoeacutelectro-informatique
Nous eacutetudierons ici la lumiegravere entant que porteuse de donneacutees et nousassimilerons la surface optique du CD agraveune surface composeacutee drsquoun tregraves grandnombre de miroirs nanoscopique (dontnous deacutefinirons la taille plus tard) Ce quinous inteacuteresse ici crsquoest de parler dumodegravele ondulatoire de la lumiegravere car crsquoestbien sur ce modegravele qui explique les lois deDescartes qui est utiliseacutees dans leprocessus de lecture du disque
a) Drsquoun systegraveme optique agrave un systegraveme eacutelectrique
On consideacuterera que le CDDVD estcomposeacute drsquoune multitude de creux et debosses le tout recouvert drsquoune couchedrsquoaluminium tregraves fine qui servira dereacuteflecteur
Les creux seront appeleacutes par la suitelaquo microcuvettes raquo et les bosses la surfacelaquo normale raquo du CD
Sur le scheacutema ci-contre une diode lasereacutemet un rayon qui traverse une lame semi-reacutefleacutechissante Ce rayon va laquo frapper la surface du disque Ici on a deux possibiliteacutes
- Drsquoune part le laser rencontre une bosse au quel cas le rayon est reacutefleacutechinaturellement au quel cas il retourne sur la lame semi-reacutefleacutechissante pour aller laquo taper raquo unphotoreacutecepteur La tension marqueacutee est dite forte car elle est supeacuterieur nettement agrave 0
- Drsquoautre part le laser rencontre une microcuvette au quel cas le rayon estcomplegravetement reacutefleacutechi mais dans tous les sens possibles de ce fait le rayon restant pouraller laquo taper raquo le photoreacutecepteur est trop faible la tension marqueacutee est sensiblement nulle
Crsquoest gracircce aux lois de Descartes si le rayon arrive jusqursquoau photoreacutecepteur En effetsi on ne connaissait pas la trajectoire du rayon apregraves avoir tapeacute la surface du disque riennrsquoaurait eacuteteacute placeacute pour reacutecupeacuterer lrsquointeacutegraliteacute du rayon
Pour un DVD les lois srsquoapplique de la mecircme maniegravere bien qursquoil y ait 2 couches delecture La seconde couche fonctionne pareil que celle du CD classique alors que lapremiegravere couche est semi-reacuteflechissante Selon la position de la lentille le faisceau nerevient pas avec exactement la mecircme puissance de ce fait les tensions varient Comme onconnaicirct les tensions recueillies par la reacuteflexion de la seconde couche celle de la premiegraveresont retrouveacutees tregraves aiseacutement
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b) Drsquoun systegraveme eacutelectrique aux donneacutees informatiques
Sur le scheacutema preacuteceacutedent la tension donneacutee dans le circuit eacutetait convertit sous formede donneacutees analogiques qui eacutetaient travailleacutees par un systegraveme de Haut-Parleur Eninformatique le proceacutedeacute drsquoanalogisme est utiliseacute qursquoen dernier recours car il contientbeaucoup trop drsquoerreur De ce fait les donneacutees restent sous leur forme numeacuterique
Comment ccedila marche A dire vrai le numeacuterique est un codage de donneacutees sous forme dechiffres binaires (0 et 1) On lrsquoa vu preacuteceacutedemment le signal lumineux eacutetait converti en tensioneacutelectrique Cette tension si elle est nulle correspondra agrave unlaquo 0 raquo et si elle est nettement supeacuterieure agrave 0 elle correspondra agravelaquo 1 raquo Attention le circuit eacutelectrique ne transmet pas de 0 ou de1 ce nrsquoest qursquoun codage logique pour faire correspondre lavision de lrsquohomme agrave lrsquoeacutemission drsquoimpulsions eacutelectriques En effetune impulsion correspond agrave une mise sous tension donc agravelaquo 1 raquo pas drsquoimpulsion eacutequivaut agrave tension nulle donc agrave laquo 0 raquo
c) Ecriture du disque
Un disque ne se fabrique pas par magie on le laquo grave raquoLe fait de graver est le mecircme que sur la roche on module unede couche de matiegravere pour y laisser des inscriptions Latechnique a certainement eacutevolueacute pour le CD depuis sonapparution mais le principe reste le mecircme
Un disque commercial (deacutejagrave graveacute) est fait avec la mecircmemeacutethode un laser a moduleacute une couche photosensible selon lecode drsquoeacutecriture binaire La couche a alors pris lrsquoallure de laquo creuxet de bosses raquo On a alors recouvert le tout drsquoune couchemeacutetallique qui a prit lrsquoempreinte de la couche preacuteceacutedente Cettecouche sert alors de laquo moule raquo pour le support en PCV dudisque Le support est agrave son tour mouleacute puis recouvert drsquoun filmdrsquoaluminium qui servira pour la reacuteflexion de la lumiegravere (cf voirscheacutema ci-contre) Pour DVD la technique est la mecircme agrave partque la premiegravere couche est toujours semi-reacutefleacutechissante
De nos jours le systegraveme a un peu eacutevolueacute mecircme si les CD commerciaux sont toujoursgraveacutes de la mecircme maniegravere (mecircme si apregraves correction de deacutefaut la platine drsquoaluminium aeacuteteacute emprisonneacutee dans le PVC) Lrsquoeacutevolution se remarque du fait que lrsquoon peut graver nousmecircme nos propres CD (-R ou -RW) et mecircme nos DVD (plusmnR plusmnRW ou RAM) le tout gracircce agrave unpetit appareil le graveur Il ne reacutepond plus au mecircme systegraveme que preacuteceacutedemment mais ilfait tout de mecircme un aussi bon travail que son aicircneacute
En conclusion la lumiegravere pour un CD ou DVD nrsquoa qursquoun rocircle tregraves mineur elle sert agravereacuteveacuteler une empreinte poseacutee sur une laquo suite de miroir raquo placeacutes agrave deux niveaux diffeacuterentsComme lrsquoutilisation de la lumiegravere est plutocirct simpliste il convient mieux drsquoappliquer les lois deDescartes et dont le modegravele ondulatoire plutocirct que drsquoappliquer un modegravele complexe qursquoest lecorpusculaire
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Conclusion
Durant toute cette eacutetude on a vu de plusieurs modegraveles de la lumiegravere ceux-ci nousaidant agrave mieux comprendre son utilisation pour la technologie moderne de transfert et destockage de lrsquoinformation
La lumiegravere elle-mecircme nrsquoa qursquoun faible rocircle on lrsquoa vu par lrsquointermeacutediaire du CD Sonrocircle est de reacuteveacuteleacute une empreinte sur une surface reacutefleacutechissante moduleacutee le tout seratranscris de sorte qursquoon puisse srsquoen resservir sous une autre forme Si la surface nrsquoest pasmoduleacutee crsquoest que crsquoest le rayon lui-mecircme qui est moduleacute sous forme drsquoimpulsion tel quenous lrsquoavons vue dans le cas de la fibre optique
Les deux modegraveles eacutetablis de la lumiegravere ont eacuteteacute veacuterifieacutes comme eacutetant valable selon lesutilisations qursquoon a de la lumiegravere auquel cas on observera deux situations diffeacuterentes
- Drsquoune part le modegravele corpusculaire qui permet drsquoexpliquer beaucoup de chose surla lumiegravere notamment son deacuteplacement chaotique dans la fibre optique
- Drsquoautre part le model ondulatoire qui lui plus simple que le preacuteceacutedent permet desrsquointeacuteresser agrave un cas bien particulier de la lumiegravere lorsque celle-ci est assimileacute agraveun rayon circulant en ligne droite
Par conseacutequent on peut dire que la lumiegravere ne stocke pas la lumiegravere mais ne sertqursquoagrave la faire transmettre drsquoun support agrave un autre tels que du CD vers lrsquoinformatique ou drsquouneacutemetteur agrave un reacutecepteur en passant par la fibre optiqueLa lumiegravere est donc un eacuteleacutement indispensable au bon deacuteveloppement de la civilisationhumaine tant au niveau des conditions de vie que du deacuteveloppement technologique
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LEXIQUE
Tous les termes importants employeacutes dans le dossier sont reacutepertorieacutes ici avec leur deacutefinition
Analogique se dit drsquoun signal qui geacuteneacuteralement et contrairement au numeacuterique estextrecircmement complexe mais pour un mecircme flux de donneacutees brutes on observe que latotaliteacute des informations est deacutejagrave passeacute alors que en numeacuterique ccedila demande beaucoup plusde flux
CD et DVD (Compact Disk et Digital Versatile Disk) sont les sigles qui deacutesignent le DisqueLaser et le Disque Digitale agrave Multifonction Ces disques ont remplaceacutes le vieux disquemagneacutetique Vinyle la bande cassette magneacutetique sonore ou videacuteo De nos jours ce sontdes produits de haute consommation tout ce qursquoil y a de plus classique Toutefois ils sontameneacutes agrave disparaicirctre remplaceacutes par leur successeur le HQ-DVD (High Quality DVD) ouBlue Ray Disk celui-ci eacutetant baseacute sur le principe drsquoun laser bleu donc drsquoune lumiegraveremonochromatique agrave plus faible longueur drsquoonde et par conseacutequent les creux et bosses dudisque peuvent ecirctre beaucoup plus nombreux drsquoougrave un gain eacutenorme de place
Ceacuteleacuteriteacute dune onde est sa vitesse de propagation Celle de la lumiegravere la plus connue estde 300 000 kms-1
Champ eacutelectromagneacutetique est le concept central de leacutelectromagneacutetisme On le conccediloitsouvent comme composition des deux champs vectoriels que lon peut mesurerindeacutependamment le champ eacutelectrique E et le champ magneacutetique B Mais ces deux champsne sont pas seacuteparables
Electroscope Appareil qui permet de deacutetecter une charge eacutelectrique
Freacutequence drsquoonde La freacutequence dun pheacutenomegravene est le nombre de cycles qui seproduisent durant une seconde Luniteacute de la freacutequence est lrsquoHertz (Hz) Le courant alternatifqui alimente nos appareils eacutelectriques a une freacutequence de 50 Hz Cela signifie que leseacutelectrons qui creacuteent le courant changent de direction 20 fois par seconde
Fibre optique Tregraves mince fil de verre (tregraves fragile) permettant de transporter de linformationsous la forme dimpulsions lumineuses
Infrarouge Lumiegravere situeacutee au-delagrave du rouge dans le spectre des couleurs Alors que cettelumiegravere nest pas visible aux yeux humains les eacutemetteurs et les reacutecepteurs infrarougespeuvent envoyer et recevoir des signaux infrarouges
Interfeacuterence Superposition et somme algeacutebrique conseacutequente de deux ondes dunpheacutenomegravene physique vibratoire Linterfeacuterence se manifeste dans les teacuteleacutecommunications enoptique en acoustique et plus geacuteneacuteralement lorsquon a une propagation deacutenergie de typeondulatoire
Longueur drsquoonde est la distance entre deux cycles conseacutecutifs de londe
Lumiegravere polychromatique lumiegravere composeacutee de radiations de longueurs drsquoondesdiffeacuterentes La lumiegravere laquo blanche raquo est une lumiegravere polychromatique
Monochromatique lumiegravere composeacutee drsquoune radiation (de freacutequence deacutefinie) Un laser He-Ne eacutemet une lumiegravere monochromatique
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N indice caracteacuterisant le milieu dans lequel la lumiegravere se propage
Numeacuterique le numeacuterique est un codage extrecircmement simple mais tregraves encombrant Il secompose drsquoune longue chaicircne de laquo 0 raquo et laquo 1 raquo nommeacute bit Tous les 4x bits (ougrave X est unentier naturel) on a un mot En theacuteorie informatique il faut 8 bits pour former un Octet (uniteacutede donneacutees informatiques en anglais crsquoest le Byte) En pratique il faut exactement 8 bitsdrsquoinformation reacuteelle et 2 bits de correction drsquoerreur
Onde Une onde a la faculteacute de transporter de leacutenergie dun point agrave un autre sans quil y aittransfert de matiegravere
Photon est un concept utiliseacute pour repreacutesenter les interactions entre les rayonnementseacutelectromagneacutetiques (notamment la lumiegravere les ultraviolets et les rayons X) et la matiegravere
Spectre une lumiegravere est une somme de lumiegraveres simples de freacutequences et dintensiteacutesdiffeacuterentes La relation entre ces freacutequences et la luminositeacute qui leur correspond sappelle unspectre
plusmnR plusmnRW RAM -R -RW il srsquoagit de norme de gravure Pour CD on parle de CD-R ou CD-RW R correspondant agrave enregistrable (recordable en anglais) et RW agrave reacuteinscriptible(rewritable en anglais) Cette norme srsquoapplique pareil aux DVD agrave un seul deacutetail le + ou le ndashqui lui diffeacuterencie en fait juste le format de Philips(+) de celui de Sony (-) ce qui laisse sous-entendre un proceacutedeacute de gravure diffeacuterent sur quelques points La norme RAM est valableque pour DVD il srsquoagit drsquoun type de disque qui peut-ecirctre compareacute agrave une disquettemagneacutetique car ccedila dureacutee de vie est sensiblement la mecircme en ce qui concerne la reacuteeacutecriture
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BibliographieLivres
Encyclopeacutedie Universalis ndash La lumiegravere
Manuel scolaire Physique Terminale S Didier ndash Programme 1995
Articles de peacuteriodiques
Science et vie junior ndash Hors seacuterie ndeg53
Courrier International ndeg616
Science et vie junior ndeg151
Cahier de science et vie ndeg65
Cleacutes de lrsquoactualiteacute ndeg269
Science et vie ndeg928
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg186
La recherche ndeg216
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg150
Sites Internet
httpwwwsennheiserfrpagephppg=technologietransmissionif
httppedagogieac-
montpellierfrDisciplinesscphysiquesSP30BTS20IRISTransmission20du20signalpdf
httpwwwnew-sngcomnorteldisc1_fcfm
httplullyasarizonaedu~hdolethesethese_hdole_htmlnode5html
httplocochenettransmission_donneesphp
httpwwwlkbensfr~jacquierDESSOptionBhtml
httplasiruniv-lille1frpagesSpectrometrie_Infrarougehtml
httpwwwjbaumannchjbinformatiquewifihtml
httpwwwjautomatisecomWhiteCommunicationWPCuivrehtm
httpwwwwikipediacom
httpwwwfutura-sciencescom
httppersowanadoofrguychaumeton
httpwwwalluphysicsDownloadsPremiC3A8reCours20polycopiC3A9sEffet2
0photoC3A9lectriquepdf
Et beaucoup de connaissances personnelles en ce qui concerne lrsquoinformatique
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SOMMAIRE
Introduction page 2
I LA LUMIERE page 3
a) Les proprieacuteteacutes de la lumiegravere
b) Le modegravele ondulatoire
c) Le modegravele corpusculaire
II LA TRANSMISSION page 8
a) La transmission
b) La fibre optique
c) Lrsquoinfrarouge
d) Lrsquoœil
III LE STOCKAGE DE LrsquoINFORMATION page 12PAR LA LUMIERE
a) Drsquoun systegraveme optique agrave un systegraveme eacutelectrique
b) Drsquoun systegraveme eacutelectrique aux donneacutees informatiques
c) Ecriture drsquoun disque
Conclusion page 14
Lexique page 1516
Bibliographie page 17
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Introduction
Chaque jour nous travaillons sur ordinateur utilisons le teacuteleacutephone jouons agrave des jeux
videacuteos etchellip Ce que nous savons peut-ecirctre moins en faisant toutes ces choses crsquoest que la
lumiegravere joue un rocircle capital En effet cette derniegravere est utiliseacute comme support afin de
transmettre des donneacutees et de les stocker Concernant la transmission de lrsquoinformation on
peut notamment citer lrsquoexemple le plus connu la fibre optique On la retrouve donc dans les
teacuteleacutecommunications dans les automobiles dans la meacutedecine et drsquoautres domaines encore
Enfin on utilise le stockage de lrsquoinformation gracircce agrave la lumiegravere avec des Compact Disc (CD)
ou DVD Tout ceci nous amegravene agrave nous pencher sur une probleacutematique des plus
inteacuteressantes
De quelle maniegravere la lumiegravere peut-elle serviragrave transmettre et agrave stocker lrsquoinformation
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I QUrsquoEST CE QUE LA LUMIERE
a) Les proprieacuteteacutes de la lumiegravere
La lumiegravere fait partie de la vie de tous les jours il est donc important de srsquointerrogersur la maniegravere dont elle se deacuteplace Il existe deux modegraveles qui peuvent tout deux modeacuteliserce deacuteplacement Dune part elle preacutesente un aspect ondulatoire qui permet dinterpreacutetercertaines expeacuteriences comme la diffraction de la lumiegravere par des obstacles ou desouvertures dautre part elle preacutesente un aspect corpusculaire qui permet dinterpreacuteterdautres expeacuteriences comme leffet photoeacutelectrique Pour lrsquoinstant inteacuteressons-nous auxfabuleuses proprieacuteteacutes de la lumiegravere
- Tout drsquoabord sa ceacuteleacuteriteacute dans le vide est une constante universelle On la note c =300 x108 ms-1 Cependant mecircme si la diffeacuterence est infime on peut srsquoapercevoir que lavitesse de propagation de lumiegravere dans des milieux transparents est infeacuterieure agrave sa vitessede propagation dans le vide mais par convention on consideacuterera cette vitesse eacutegale dans lesdeux milieux
- Ensuite sa longueur drsquoonde et la freacutequence de sa radiation lumineuse
Drsquoabord une radiation lumineuse est caracteacuteriseacutee par
Sa freacutequence v exprimeacutee en Hertz (Hz) ou sa peacuteriode T en seconde (s) Sa longueur drsquoonde dans le vide euml0
Remarque la freacutequence drsquoune radiation lumineuse ne deacutepend pas du milieu depropagation tandis que la longueur drsquoonde deacutepend du milieu de propagation
De maniegravere geacuteneacuterale on caracteacuterise une radiation lumineuse par sa longueur drsquoondedans le vide La longueur drsquoonde dans le vide drsquoune radiation lumineuse est donneacutee par larelation
euml0= cT =vc
Le scheacutema ci-dessous preacutesente lrsquoeacutechelle des longueurs drsquoondes lumineuses
Avec 0λ longueur drsquoonde dans le vide en mC vitesse de la lumiegravere dans le vide (en ms-1)T peacuteriode de la radiation (en s)V freacutequence de la radiation lumineuse (en Hz)
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Par ailleurs la longueur drsquoonde deacutepend du milieu de propagation Ce milieu depropagation est propre agrave chaque milieu transparent On le deacutefini par lrsquoindice n Crsquoest unnombre sans dimension deacutefini pour une lumiegravere monochromatique de freacutequence donneacutee parle rapport entre la ceacuteleacuteriteacute c de la radiation dans le vide et sa ceacuteleacuteriteacute v dans le milieuconsideacutereacute deacutefini par la relation
n =vc
Par exemple lrsquoindice de lrsquoair est voisin de 1 et celui de lrsquoeau de 133Lorsque le rayon lumineux passe drsquoun milieu n1 agrave un milieu n2 il peut subir une
diffraction ouet une reacuteflexion cela deacutepend de la densiteacute de chaque milieu Lrsquoeacutetude de ladiffraction de la lumiegravere est rendue possible gracircce aux lois de Descartes connue pour saformule
n1sini = n2sinr avec i rayon incidentr rayon reacutefracteacuten1 indice du milieu 1n2 indice du milieu 2
Les lumiegraveres monochromatiques et polychromatiques
Une lumiegravere monochromatique est une radiation de freacutequence deacutefinie fixeacutee par lasource La lumiegravere drsquoun laser est une lumiegravere dite monochromatique Elle a une longueurdrsquoonde dans le vide avoisinant nm86320 asympλ
Une lumiegravere polychromatique est constitueacutee de radiations de freacutequences diffeacuterentesLa lumiegravere blanche est constitueacutee drsquoune infiniteacute de variations La lumiegravere eacutemise par unelampe agrave vapeur de mercure est aussi une lumiegravere polychromatique (constitueacutee de radiationsrouges jaunes vertes bleues et violettes Le spectre de la lumiegravere provenant de la lampe agravevapeurs de mercure est exposeacute ci-dessous
Rappel Un spectre eacutemis par la lumiegravere qui est la conseacutequence de lrsquoexcitation drsquoatomes demercure gracircce agrave des deacutecharges eacutelectriques Ainsi le gaz agrave faible pression et agrave tempeacuteratureeacuteleveacutee eacutemet une lumiegravere constitueacutee drsquoun nombre limiteacute de radiations crsquoest un spectre deraies
Avec n indice du milieuC vitesse de la lumiegravere dans le vide en ms-1
V vitesse de la lumiegravere dans le milieu en ms-1
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b) Le modegravele ondulatoire
Le premier homme agrave exposer cette theacuteorie fut le grand physicien neacuteerlandaisHuygens En effet vers 1690 Huygens publia une theacuteorie de la lumiegravere en partant de lrsquoideacuteeque la propagation de celle-ci pouvait ecirctre assimileacutee agrave celle des ondes agrave la surface de lrsquoeau
Il proposa qursquoun faisceau de lumiegravere agrave bords parallegraveles et rectilignes corresponde agraveune propagation drsquoondes suivant une direction donneacutee les rayons lumineux sont alors deslignes fictives perpendiculaires aux fronts drsquoonde et deacutefinissant la direction de propagationde lrsquoonde
Ce modegravele est donc utiliseacute car il permet de rendre compte de nombreusesexpeacuteriences et de les expliquer notamment les pheacutenomegravenes de diffraction et de reacuteflexionInteacuteressons-nous deacutesormais agrave la lumiegravere en tant qursquoonde eacutelectromagneacutetique
La lumiegravere est une onde eacutelectromagneacutetique Pour bien comprendre ce conceptdrsquoeacutelectromagneacutetisme il est neacutecessaire de rappeler briegravevement certaines conceptions
Tout drsquoabord nous vivons en permanence dans un champ eacutelectromagneacutetique lui-mecircme creacutee par la preacutesence de particules chargeacutees (toute particule chargeacutee creacutee un champeacutelectrique) et par le deacuteplacement de ces particules (le courant eacutelectrique creacutee un champmagneacutetique comme par exemple celui de la Terre) Pour simplifier on peut comparer unchamp eacutelectromagneacutetique agrave une eacutetendue drsquoeau En effet si lon jette un caillou agrave la surfacede lrsquoeau on peut observer des vagues Ces vagues sont des perturbations qui se propagentcest-agrave-dire des ondes
La lumiegravere est une perturbation du champ eacutelectromagneacutetique qui se deacuteplace Crsquoest cequi lui donne la proprieacuteteacute de pouvoir se deacuteplacer dans le vide (dans le vide il existe aussi unchamp eacutelectromagneacutetique) La lumiegravere perturbation du champ eacutelectromagneacutetique sedeacuteplace agrave la vitesse c = 300 x108 ms-1 dans lrsquoair et le vide
Enfin la lumiegravere nrsquoest pas le seul reacutesultat de la perturbation drsquoun champeacutelectromagneacutetique Il en existe plein drsquoautres pas forceacutement visible par lrsquoœil humain lesrayons X les ondes radio les rayons Gamma
Les fentes de Young
Les fentes de Young sont lobjet duneexpeacuterience reacutealiseacutee en 1802 par ThomasYoung qui vise agrave deacutemontrer le caractegravereondulatoire de la lumiegravere Lors de cetteexpeacuterience la lumiegravere doit en traversantdeux fentes parallegraveles de mecircme dimensionsproduire un ensemble de franges
On utilise donc une source de lumiegraveremonochromatique (un laser) et on pose agrave lasortie de cette source une plaque bloquantle passage de la lumiegravere composeacutee de deuxfentes parallegraveles verticales et de mecircmesdimensions
On observe alors sur lrsquoeacutecran unefigure complexe une figure de diffractionscomposeacutees en intermittence de zonessombres et de zones lumineuses ougraveparvient la lumiegravere du laser provenant desdeux fentes
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Ci-dessous un exemple de deux rayons parvenant au mecircme endroit
Pour arriver au point x de lrsquoeacutecran les deuxrayons parcourent une distance qui diffegravere de
auml = [Dsup2 + (x+ d2)sup2] - [Dsup2 + (x d2)sup2 xdr dsinegrave
La figure de diffraction est due au fait quecertaines ondes srsquoannihilent et creacuteeacutees ainsi deszones noires qui se traduisent par lesinterfeacuterences visibles dans la figure de diffraction
On peut donc parler drsquoun comportementondulatoire de la lumiegravere
c) Le modegravele corpusculaire
Au deacutebut des recherches sur la nature de la lumiegravere (aussi bien au XVIIe siegravecle quedans lrsquoantiquiteacute) le modegravele corpusculaire put ecirctre consideacutereacute comme bon en fonction desreacutesultats expeacuterimentaux de lrsquoeacutepoque
On imaginait des corpuscules analogues aux corps mateacuteriels que nous connaissonsmais eacutevidemment beaucoup plus petits pour Isaac NEWTON (1704) notamment un rayonlumineux serait alors simplement la trajectoire des grains de lumiegravere qui passent agrave tregravesgrande vitesse par un point donneacute suivant une direction donneacutee ces grains de lumiegravere sontappeleacutes photons
De plus ce modegravele peut aussi expliquer les pheacutenomegravenes de reacuteflexion et de reacutefractionde la lumiegravere En effet la reacuteflexion de la lumiegravere peut srsquoexpliquer par le rebondissement debilles eacutelastiques sur une surface rigide comme lrsquoa sciemment deacutemontreacute Descartes
Il tenta drsquoexpliquer aussi la reacutefraction par analogie avec ce qui se passe quand une balleest lanceacutee avec une raquette contre une toile (ou une feuille de papier) tellement fine quela balle peut passer agrave travers en rompant cet obstacle Le meacuterite de Descartes est drsquoavoirmontreacute que la reacutefraction est un pheacutenomegravene lieacute agrave un changement de vitesse de propagationde la lumiegravere Neacuteanmoins quand ces corpuscules sont ralentis en peacuteneacutetrant dans le secondmilieu ils devraient srsquoeacutecarter de la normale Mais puisque la lumiegravere se rapproche de lanormale en passant de lrsquoair dans le verre il fallait en conclure que drsquoapregraves ce modegravele lavitesse de la lumiegravere est plus grande dans le verre que dans lrsquoair ou encore que la vitesse dela lumiegravere est supeacuterieure dans les milieux plus reacutefringents comme si ces particules eacutetaientattireacutees par celles du milieu
Une autre difficulteacute rencontreacutee par ce modegravele est lrsquoobservation suivant laquelle deuxrayons lumineux peuvent srsquoentrecroiser sans avoir drsquoeffet lrsquoun sur lrsquoautre cette proprieacuteteacute nesrsquoexplique pas facilement au moyen du modegravele corpusculaire puisqursquoil faudrait admettre queles laquo particules de lumiegravere raquo devraient se rencontrer sans subir la moindre collision mecircmequand il y en a beaucoup crsquoest agrave dire quand la lumiegravere est intense
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Expeacuterience drsquoHertz
Lrsquoexpeacuterience a eacuteteacute reacutealiseacuteedans le but de comprendre lrsquoaspectcorpusculaire de la lumiegravere (lesphotons) mais a eacutechoueacute pour desraisons que nous ignorons Lesobservations faites ne sont donc pasconformes agrave lrsquoexpeacuterience
Nous aurions du en theacuteorieobserver avec une source de lumiegravere(lampe agrave mercure agrave lrsquoeacutetat gazeux)
- lorsque la plaque de zinc et lrsquoeacutelectroscope sont chargeacutes neacutegativement lrsquoaiguillede lrsquoeacutelectroscope est deacutevieacute a un angle drsquoenviron 25deg puis on eacuteclaire la plaque de zinc etlrsquoeacutelectroscope se deacutecharge (lrsquoaiguille retourne a son eacutetat premier)
On peut alors dire que la lumiegravere semble provoquer le deacutechargement des eacutelectronsde lrsquoaiguille
- lorsque lrsquoeacutelectroscope et la plaque de zinc sont chargeacutes neacutegativement et qursquooninterpose une plaque de verre entre la source de lumiegravere et la plaque de zinc lrsquoaiguille delrsquoeacutelectroscope ne bouge pas On enlegraveve alors la plaque de verre et on observe quelrsquoeacutelectroscope se deacutecharge
On peut maintenant affirmer que crsquoest la lumiegravere qui provoque le deacutechargement delrsquoeacutelectroscope (chargeacute neacutegativement)
- lorsque lrsquoeacutelectroscope et la plaque de zinc sont chargeacutes positivement onnrsquoobserve aucun changement que la plaque de zinc soit eacuteclaireacutee ou non
On peut alors dire que cet effet de la lumiegravere nrsquoa drsquoeffet que lorsque la laquo cible raquo estchargeacutee neacutegativement
On peut conclure cette expeacuterience en disant que la lumiegravere permet drsquoextraire lescharges neacutegatives (les eacutelectrons) du meacutetal On parle drsquoeffet photoeacutelectrique de la lumiegravereTous les comportements de la lumiegravere ne sont donc pas explicables par lrsquoun ou lrsquoautremodegravele ondulatoire ou corpusculaire il nrsquoy a pas de modegravele unique La lumiegravere se comportetantocirct comme une onde tantocirct comme des particules
Le modegravele ondulatoire permet de preacutevoir si beaucoup ou peu de lumiegravere arrive agrave un endroitdonneacute il est efficace pour comprendre la propagation de la lumiegravere dans lrsquoespace De plusle modegravele corpusculaire est efficace pour expliquer les eacutechanges drsquoeacutenergie entre matiegravere etlumiegravere on dit qursquoelle a un comportement quantique
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II LA TRANSMISSION DES DONNEES PAR LA LUMIERE
a) La transmission
Pour que la transmission de donneacutees puisse seacutetablir il doit exister une lignephysique un signal radio eacutelectrique ou lumineux appeleacutee aussi voie de transmission oucanal entre les deux machines Ces voies de transmission sont constitueacutees de plusieurstronccedilons permettant de faire circuler les donneacutees sous forme dondes eacutelectromagneacutetiqueseacutelectriques lumineuses ou mecircme acoustiques On a donc un pheacutenomegravene vibratoire qui sepropage sur le support physique Il en reacutesulte un signal ondulatoire deacutependant de la grandeurphysique que lon fait varier dans le cas de la lumiegravere il sagit dune onde lumineuse
Les ondes sont caracteacuteriseacuteespar leur freacutequence leur amplitude etleur phase
Le principe de la transmission
Pour une transmissiondonneacutee sur une voie decommunication entre deux machinesla communication peut seffectuer dediffeacuterentes maniegraveres Latransmission est caracteacuteriseacutee par
bull le sens des eacutechangesbull le mode de transmission il sagit du nombre de bits envoyeacutes simultaneacutementbull la synchronisation il sagit de la synchronisation entre eacutemetteur et reacutecepteur
Nous utiliserons plusieurs exemples qui permettent de transmettre la lumiegravere
b) La fibre optique
Trois eacuteleacutements essentiels
bull Emetteur diode laserbull Support de transmission fibre optiquebull Reacutecepteur photo-deacutetecteur
De faccedilon tregraves scheacutematique le laser convertit un signal eacutelectrique issu dun appareil decommunication (teacuteleacutephone ordinateur) en un signal optique Ce signal optique estachemineacute par la fibre jusquau deacutetecteur qui fait lopeacuteration inverse du laser cest agrave dire quilconvertit un signal optique en un signal eacutelectrique
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Le laser et le photo-deacutetecteur sont tout deux muni drsquoun circuit imprimeacute (ou puce) quisert agrave transformer les eacutelectrons en photon ou les photons en eacutelectron Nous utilisons le lasercomme source de lumiegravere car leacutenergie de son faisceau est beaucoup plus eacuteleveacutee que cellede nimporte quelle source classique car le laser eacutemet une lumiegravere monochromatique Unelampe peut ecirctre aussi lumineuse quun laser mais contrairement au laser elle eacutemet sur toutesles longueurs dondes
Les fibres optiques ont dabord eacuteteacute utiliseacutees pour faire de
limagerie essentiellement dans le domaine meacutedical
(endoscopie) Lideacutee dutiliser des fibres optiques pour
transmettre de linformation est apparue au deacutebut des anneacutees
60 avec lapparition du laser Neacuteanmoins un effort
consideacuterable devrait ecirctre fait pour reacuteduire les pertes des fibres
qui ne permettaient quune propagation dun signal sur une
distance tregraves reacuteduite typiquement quelques megravetres
Composition dune fibre
- Un noyau (ou cœur) qui veacutehicule lalumiegravere- Une gaine optique qui confine lalumiegravere dans le noyau- Une couche de substrat (parfois) quiaugmente la reacutesistance meacutecanique- Un revecirctement primaire premiegraverecouche de protection meacutecanique
- Un revecirctement secondaire couche exteacuterieure de protection meacutecanique
Photo dune fibre optiquestandard
Teacuteleacutephone(Blablabla)
LASERPHOTO-
DETECTEUR
Teacuteleacutephone(Blablabla)
Signaleacutelectrique
Fibreoptique
Impulsionslumineuses Signal
eacutelectrique
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Les fibres sont identifieacutees par le diamegravetre de leur noyau et le diamegravetre de leur gaine optiquevaleurs donneacutees en micromegravetres (microm) Les fibres optiques sont constitueacutees de deux milieuxdindices optiques diffeacuterents
- Dun coeur (noyau) dindice optique n1- Dune gaine dindice optique n2
Tel que n1 gt n2
De ce fait les rayons lumineux peuvent ecirctre reacutefleacutechis en passant drsquoune gaine agrave lrsquoautre
Pour quun rayon soit guideacute ilfaut que celui-ci soit reacutefleacutechi agravelinterface coeurgaine de la fibre cequi impose une condition sur langledincidence du rayon sur la facedentreacutee de la fibre
c) Lrsquoinfrarouge
La transmission de donneacutees par infrarouge est une technologie reacutecente Uneteacuteleacutecommande est lexemple le plus simple de communication infrarouge
Les infrarouges ne sont pas affecteacutes par les perturbations eacutelectromagneacutetiques Unverrouillage de la freacutequence et un filtrage de la lumiegravere du jour augmentent la fiabiliteacute dusystegraveme
La transmission doit se faire en ligne droite (sans obstacle) mais la dispersion dusignal infrarouge autorise une toleacuterance importante dans lalignement La transmission parinfrarouge permet drsquoutiliser la lumiegravere pour transmettre des donneacutees La transmission parinfrarouge offre une seacutecuriteacute bien plus grande que les autres techniques de transmission Enrevanche le deacutebit est bien plus reacuteduit Il srsquoeacutetend de 1 agrave 2 meacutega octets par seconde (Mos)Unsystegraveme infrarouge comprend trois eacuteleacutements leacutemetteur le diffuseur (parfois ces deuxeacuteleacutements sont combineacutes) et le reacutecepteur
Leacutemetteur achemine le signal audio au diffuseur qui effectue sa conversion enrayonnement infrarouge Le reacutecepteur deacutecode le signal infrarouge et restaure le signal audiooriginal qui peut ecirctre eacutecouteacute sur un casque ou des eacutecouteurs steacutethoscopiques Latransmission infrarouge implique que le reacutecepteur reste agrave porteacutee optique de leacutemetteur Latechnique infrarouge permet eacutegalement la confidentialiteacute des transmissions
Il est possible gracircce agrave la technologie infrarougedobtenir des deacutebits allant de 1 agrave 2 Mos en utilisant unemodulation appeleacute PPM (pulse position modulation)
Gaine optique
Cœur
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La modulation PPM consiste agrave transmettre des impulsions agrave
amplitude constante et agrave coder linformation suivant la position de
limpulsion Le deacutebit de 1 Mos est obtenu avec une modulation de
16-PPM tandis que le deacutebit de 2 Mos est obtenu avec une
modulation 4-PPM permettant de coder deux bits de donneacutees avec
4 positions possibles (ci-contre)
d) Lrsquoœil
Loeil par exemple est un deacutetecteur qui convertit une image en un signal nerveux
achemineacute par le nerf optique Un deacutetecteur optique (ou photodeacutetecteur) convertit un signal
optique en un signal eacutelectrique
Conclusion
LInternet de lavenir aura de plus en plus recours aux fibres optiques - des fils de
verre ou de plastique aussi minces voire de diamegravetre plus petit quun cheveu humain qui
transmettent linformation au moyen de photons des eacuteleacutements entrant dans la composition
de la lumiegravere La transparence de la fibre et la couche de verre tregraves reacutefleacutechissante qui
entoure la fibre permettent agrave la lumiegravere de poursuivre sa route avec pratiquement aucune
perte de signal En conseacutequence la technologie de la fibre optique permet agrave dimportantes
quantiteacutes de donneacutees de franchir en toute fiabiliteacute de grandes distances agrave des vitesses tregraves
eacuteleveacutees
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III Le Stockage de lrsquoinformation par la lumiegravere
Un exemple simple le Compact Disk (CD) et le Digital Versatile Disk (DVD)
La lumiegravere bien pratique agrave toutesnos utilisations est rentreacutee peu agrave peudans lrsquoeacutelectronique et plus preacuteciseacutementdans lrsquoeacutelectro-informatique
Nous eacutetudierons ici la lumiegravere entant que porteuse de donneacutees et nousassimilerons la surface optique du CD agraveune surface composeacutee drsquoun tregraves grandnombre de miroirs nanoscopique (dontnous deacutefinirons la taille plus tard) Ce quinous inteacuteresse ici crsquoest de parler dumodegravele ondulatoire de la lumiegravere car crsquoestbien sur ce modegravele qui explique les lois deDescartes qui est utiliseacutees dans leprocessus de lecture du disque
a) Drsquoun systegraveme optique agrave un systegraveme eacutelectrique
On consideacuterera que le CDDVD estcomposeacute drsquoune multitude de creux et debosses le tout recouvert drsquoune couchedrsquoaluminium tregraves fine qui servira dereacuteflecteur
Les creux seront appeleacutes par la suitelaquo microcuvettes raquo et les bosses la surfacelaquo normale raquo du CD
Sur le scheacutema ci-contre une diode lasereacutemet un rayon qui traverse une lame semi-reacutefleacutechissante Ce rayon va laquo frapper la surface du disque Ici on a deux possibiliteacutes
- Drsquoune part le laser rencontre une bosse au quel cas le rayon est reacutefleacutechinaturellement au quel cas il retourne sur la lame semi-reacutefleacutechissante pour aller laquo taper raquo unphotoreacutecepteur La tension marqueacutee est dite forte car elle est supeacuterieur nettement agrave 0
- Drsquoautre part le laser rencontre une microcuvette au quel cas le rayon estcomplegravetement reacutefleacutechi mais dans tous les sens possibles de ce fait le rayon restant pouraller laquo taper raquo le photoreacutecepteur est trop faible la tension marqueacutee est sensiblement nulle
Crsquoest gracircce aux lois de Descartes si le rayon arrive jusqursquoau photoreacutecepteur En effetsi on ne connaissait pas la trajectoire du rayon apregraves avoir tapeacute la surface du disque riennrsquoaurait eacuteteacute placeacute pour reacutecupeacuterer lrsquointeacutegraliteacute du rayon
Pour un DVD les lois srsquoapplique de la mecircme maniegravere bien qursquoil y ait 2 couches delecture La seconde couche fonctionne pareil que celle du CD classique alors que lapremiegravere couche est semi-reacuteflechissante Selon la position de la lentille le faisceau nerevient pas avec exactement la mecircme puissance de ce fait les tensions varient Comme onconnaicirct les tensions recueillies par la reacuteflexion de la seconde couche celle de la premiegraveresont retrouveacutees tregraves aiseacutement
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b) Drsquoun systegraveme eacutelectrique aux donneacutees informatiques
Sur le scheacutema preacuteceacutedent la tension donneacutee dans le circuit eacutetait convertit sous formede donneacutees analogiques qui eacutetaient travailleacutees par un systegraveme de Haut-Parleur Eninformatique le proceacutedeacute drsquoanalogisme est utiliseacute qursquoen dernier recours car il contientbeaucoup trop drsquoerreur De ce fait les donneacutees restent sous leur forme numeacuterique
Comment ccedila marche A dire vrai le numeacuterique est un codage de donneacutees sous forme dechiffres binaires (0 et 1) On lrsquoa vu preacuteceacutedemment le signal lumineux eacutetait converti en tensioneacutelectrique Cette tension si elle est nulle correspondra agrave unlaquo 0 raquo et si elle est nettement supeacuterieure agrave 0 elle correspondra agravelaquo 1 raquo Attention le circuit eacutelectrique ne transmet pas de 0 ou de1 ce nrsquoest qursquoun codage logique pour faire correspondre lavision de lrsquohomme agrave lrsquoeacutemission drsquoimpulsions eacutelectriques En effetune impulsion correspond agrave une mise sous tension donc agravelaquo 1 raquo pas drsquoimpulsion eacutequivaut agrave tension nulle donc agrave laquo 0 raquo
c) Ecriture du disque
Un disque ne se fabrique pas par magie on le laquo grave raquoLe fait de graver est le mecircme que sur la roche on module unede couche de matiegravere pour y laisser des inscriptions Latechnique a certainement eacutevolueacute pour le CD depuis sonapparution mais le principe reste le mecircme
Un disque commercial (deacutejagrave graveacute) est fait avec la mecircmemeacutethode un laser a moduleacute une couche photosensible selon lecode drsquoeacutecriture binaire La couche a alors pris lrsquoallure de laquo creuxet de bosses raquo On a alors recouvert le tout drsquoune couchemeacutetallique qui a prit lrsquoempreinte de la couche preacuteceacutedente Cettecouche sert alors de laquo moule raquo pour le support en PCV dudisque Le support est agrave son tour mouleacute puis recouvert drsquoun filmdrsquoaluminium qui servira pour la reacuteflexion de la lumiegravere (cf voirscheacutema ci-contre) Pour DVD la technique est la mecircme agrave partque la premiegravere couche est toujours semi-reacutefleacutechissante
De nos jours le systegraveme a un peu eacutevolueacute mecircme si les CD commerciaux sont toujoursgraveacutes de la mecircme maniegravere (mecircme si apregraves correction de deacutefaut la platine drsquoaluminium aeacuteteacute emprisonneacutee dans le PVC) Lrsquoeacutevolution se remarque du fait que lrsquoon peut graver nousmecircme nos propres CD (-R ou -RW) et mecircme nos DVD (plusmnR plusmnRW ou RAM) le tout gracircce agrave unpetit appareil le graveur Il ne reacutepond plus au mecircme systegraveme que preacuteceacutedemment mais ilfait tout de mecircme un aussi bon travail que son aicircneacute
En conclusion la lumiegravere pour un CD ou DVD nrsquoa qursquoun rocircle tregraves mineur elle sert agravereacuteveacuteler une empreinte poseacutee sur une laquo suite de miroir raquo placeacutes agrave deux niveaux diffeacuterentsComme lrsquoutilisation de la lumiegravere est plutocirct simpliste il convient mieux drsquoappliquer les lois deDescartes et dont le modegravele ondulatoire plutocirct que drsquoappliquer un modegravele complexe qursquoest lecorpusculaire
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Conclusion
Durant toute cette eacutetude on a vu de plusieurs modegraveles de la lumiegravere ceux-ci nousaidant agrave mieux comprendre son utilisation pour la technologie moderne de transfert et destockage de lrsquoinformation
La lumiegravere elle-mecircme nrsquoa qursquoun faible rocircle on lrsquoa vu par lrsquointermeacutediaire du CD Sonrocircle est de reacuteveacuteleacute une empreinte sur une surface reacutefleacutechissante moduleacutee le tout seratranscris de sorte qursquoon puisse srsquoen resservir sous une autre forme Si la surface nrsquoest pasmoduleacutee crsquoest que crsquoest le rayon lui-mecircme qui est moduleacute sous forme drsquoimpulsion tel quenous lrsquoavons vue dans le cas de la fibre optique
Les deux modegraveles eacutetablis de la lumiegravere ont eacuteteacute veacuterifieacutes comme eacutetant valable selon lesutilisations qursquoon a de la lumiegravere auquel cas on observera deux situations diffeacuterentes
- Drsquoune part le modegravele corpusculaire qui permet drsquoexpliquer beaucoup de chose surla lumiegravere notamment son deacuteplacement chaotique dans la fibre optique
- Drsquoautre part le model ondulatoire qui lui plus simple que le preacuteceacutedent permet desrsquointeacuteresser agrave un cas bien particulier de la lumiegravere lorsque celle-ci est assimileacute agraveun rayon circulant en ligne droite
Par conseacutequent on peut dire que la lumiegravere ne stocke pas la lumiegravere mais ne sertqursquoagrave la faire transmettre drsquoun support agrave un autre tels que du CD vers lrsquoinformatique ou drsquouneacutemetteur agrave un reacutecepteur en passant par la fibre optiqueLa lumiegravere est donc un eacuteleacutement indispensable au bon deacuteveloppement de la civilisationhumaine tant au niveau des conditions de vie que du deacuteveloppement technologique
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LEXIQUE
Tous les termes importants employeacutes dans le dossier sont reacutepertorieacutes ici avec leur deacutefinition
Analogique se dit drsquoun signal qui geacuteneacuteralement et contrairement au numeacuterique estextrecircmement complexe mais pour un mecircme flux de donneacutees brutes on observe que latotaliteacute des informations est deacutejagrave passeacute alors que en numeacuterique ccedila demande beaucoup plusde flux
CD et DVD (Compact Disk et Digital Versatile Disk) sont les sigles qui deacutesignent le DisqueLaser et le Disque Digitale agrave Multifonction Ces disques ont remplaceacutes le vieux disquemagneacutetique Vinyle la bande cassette magneacutetique sonore ou videacuteo De nos jours ce sontdes produits de haute consommation tout ce qursquoil y a de plus classique Toutefois ils sontameneacutes agrave disparaicirctre remplaceacutes par leur successeur le HQ-DVD (High Quality DVD) ouBlue Ray Disk celui-ci eacutetant baseacute sur le principe drsquoun laser bleu donc drsquoune lumiegraveremonochromatique agrave plus faible longueur drsquoonde et par conseacutequent les creux et bosses dudisque peuvent ecirctre beaucoup plus nombreux drsquoougrave un gain eacutenorme de place
Ceacuteleacuteriteacute dune onde est sa vitesse de propagation Celle de la lumiegravere la plus connue estde 300 000 kms-1
Champ eacutelectromagneacutetique est le concept central de leacutelectromagneacutetisme On le conccediloitsouvent comme composition des deux champs vectoriels que lon peut mesurerindeacutependamment le champ eacutelectrique E et le champ magneacutetique B Mais ces deux champsne sont pas seacuteparables
Electroscope Appareil qui permet de deacutetecter une charge eacutelectrique
Freacutequence drsquoonde La freacutequence dun pheacutenomegravene est le nombre de cycles qui seproduisent durant une seconde Luniteacute de la freacutequence est lrsquoHertz (Hz) Le courant alternatifqui alimente nos appareils eacutelectriques a une freacutequence de 50 Hz Cela signifie que leseacutelectrons qui creacuteent le courant changent de direction 20 fois par seconde
Fibre optique Tregraves mince fil de verre (tregraves fragile) permettant de transporter de linformationsous la forme dimpulsions lumineuses
Infrarouge Lumiegravere situeacutee au-delagrave du rouge dans le spectre des couleurs Alors que cettelumiegravere nest pas visible aux yeux humains les eacutemetteurs et les reacutecepteurs infrarougespeuvent envoyer et recevoir des signaux infrarouges
Interfeacuterence Superposition et somme algeacutebrique conseacutequente de deux ondes dunpheacutenomegravene physique vibratoire Linterfeacuterence se manifeste dans les teacuteleacutecommunications enoptique en acoustique et plus geacuteneacuteralement lorsquon a une propagation deacutenergie de typeondulatoire
Longueur drsquoonde est la distance entre deux cycles conseacutecutifs de londe
Lumiegravere polychromatique lumiegravere composeacutee de radiations de longueurs drsquoondesdiffeacuterentes La lumiegravere laquo blanche raquo est une lumiegravere polychromatique
Monochromatique lumiegravere composeacutee drsquoune radiation (de freacutequence deacutefinie) Un laser He-Ne eacutemet une lumiegravere monochromatique
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N indice caracteacuterisant le milieu dans lequel la lumiegravere se propage
Numeacuterique le numeacuterique est un codage extrecircmement simple mais tregraves encombrant Il secompose drsquoune longue chaicircne de laquo 0 raquo et laquo 1 raquo nommeacute bit Tous les 4x bits (ougrave X est unentier naturel) on a un mot En theacuteorie informatique il faut 8 bits pour former un Octet (uniteacutede donneacutees informatiques en anglais crsquoest le Byte) En pratique il faut exactement 8 bitsdrsquoinformation reacuteelle et 2 bits de correction drsquoerreur
Onde Une onde a la faculteacute de transporter de leacutenergie dun point agrave un autre sans quil y aittransfert de matiegravere
Photon est un concept utiliseacute pour repreacutesenter les interactions entre les rayonnementseacutelectromagneacutetiques (notamment la lumiegravere les ultraviolets et les rayons X) et la matiegravere
Spectre une lumiegravere est une somme de lumiegraveres simples de freacutequences et dintensiteacutesdiffeacuterentes La relation entre ces freacutequences et la luminositeacute qui leur correspond sappelle unspectre
plusmnR plusmnRW RAM -R -RW il srsquoagit de norme de gravure Pour CD on parle de CD-R ou CD-RW R correspondant agrave enregistrable (recordable en anglais) et RW agrave reacuteinscriptible(rewritable en anglais) Cette norme srsquoapplique pareil aux DVD agrave un seul deacutetail le + ou le ndashqui lui diffeacuterencie en fait juste le format de Philips(+) de celui de Sony (-) ce qui laisse sous-entendre un proceacutedeacute de gravure diffeacuterent sur quelques points La norme RAM est valableque pour DVD il srsquoagit drsquoun type de disque qui peut-ecirctre compareacute agrave une disquettemagneacutetique car ccedila dureacutee de vie est sensiblement la mecircme en ce qui concerne la reacuteeacutecriture
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BibliographieLivres
Encyclopeacutedie Universalis ndash La lumiegravere
Manuel scolaire Physique Terminale S Didier ndash Programme 1995
Articles de peacuteriodiques
Science et vie junior ndash Hors seacuterie ndeg53
Courrier International ndeg616
Science et vie junior ndeg151
Cahier de science et vie ndeg65
Cleacutes de lrsquoactualiteacute ndeg269
Science et vie ndeg928
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg186
La recherche ndeg216
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg150
Sites Internet
httpwwwsennheiserfrpagephppg=technologietransmissionif
httppedagogieac-
montpellierfrDisciplinesscphysiquesSP30BTS20IRISTransmission20du20signalpdf
httpwwwnew-sngcomnorteldisc1_fcfm
httplullyasarizonaedu~hdolethesethese_hdole_htmlnode5html
httplocochenettransmission_donneesphp
httpwwwlkbensfr~jacquierDESSOptionBhtml
httplasiruniv-lille1frpagesSpectrometrie_Infrarougehtml
httpwwwjbaumannchjbinformatiquewifihtml
httpwwwjautomatisecomWhiteCommunicationWPCuivrehtm
httpwwwwikipediacom
httpwwwfutura-sciencescom
httppersowanadoofrguychaumeton
httpwwwalluphysicsDownloadsPremiC3A8reCours20polycopiC3A9sEffet2
0photoC3A9lectriquepdf
Et beaucoup de connaissances personnelles en ce qui concerne lrsquoinformatique
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Introduction
Chaque jour nous travaillons sur ordinateur utilisons le teacuteleacutephone jouons agrave des jeux
videacuteos etchellip Ce que nous savons peut-ecirctre moins en faisant toutes ces choses crsquoest que la
lumiegravere joue un rocircle capital En effet cette derniegravere est utiliseacute comme support afin de
transmettre des donneacutees et de les stocker Concernant la transmission de lrsquoinformation on
peut notamment citer lrsquoexemple le plus connu la fibre optique On la retrouve donc dans les
teacuteleacutecommunications dans les automobiles dans la meacutedecine et drsquoautres domaines encore
Enfin on utilise le stockage de lrsquoinformation gracircce agrave la lumiegravere avec des Compact Disc (CD)
ou DVD Tout ceci nous amegravene agrave nous pencher sur une probleacutematique des plus
inteacuteressantes
De quelle maniegravere la lumiegravere peut-elle serviragrave transmettre et agrave stocker lrsquoinformation
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I QUrsquoEST CE QUE LA LUMIERE
a) Les proprieacuteteacutes de la lumiegravere
La lumiegravere fait partie de la vie de tous les jours il est donc important de srsquointerrogersur la maniegravere dont elle se deacuteplace Il existe deux modegraveles qui peuvent tout deux modeacuteliserce deacuteplacement Dune part elle preacutesente un aspect ondulatoire qui permet dinterpreacutetercertaines expeacuteriences comme la diffraction de la lumiegravere par des obstacles ou desouvertures dautre part elle preacutesente un aspect corpusculaire qui permet dinterpreacuteterdautres expeacuteriences comme leffet photoeacutelectrique Pour lrsquoinstant inteacuteressons-nous auxfabuleuses proprieacuteteacutes de la lumiegravere
- Tout drsquoabord sa ceacuteleacuteriteacute dans le vide est une constante universelle On la note c =300 x108 ms-1 Cependant mecircme si la diffeacuterence est infime on peut srsquoapercevoir que lavitesse de propagation de lumiegravere dans des milieux transparents est infeacuterieure agrave sa vitessede propagation dans le vide mais par convention on consideacuterera cette vitesse eacutegale dans lesdeux milieux
- Ensuite sa longueur drsquoonde et la freacutequence de sa radiation lumineuse
Drsquoabord une radiation lumineuse est caracteacuteriseacutee par
Sa freacutequence v exprimeacutee en Hertz (Hz) ou sa peacuteriode T en seconde (s) Sa longueur drsquoonde dans le vide euml0
Remarque la freacutequence drsquoune radiation lumineuse ne deacutepend pas du milieu depropagation tandis que la longueur drsquoonde deacutepend du milieu de propagation
De maniegravere geacuteneacuterale on caracteacuterise une radiation lumineuse par sa longueur drsquoondedans le vide La longueur drsquoonde dans le vide drsquoune radiation lumineuse est donneacutee par larelation
euml0= cT =vc
Le scheacutema ci-dessous preacutesente lrsquoeacutechelle des longueurs drsquoondes lumineuses
Avec 0λ longueur drsquoonde dans le vide en mC vitesse de la lumiegravere dans le vide (en ms-1)T peacuteriode de la radiation (en s)V freacutequence de la radiation lumineuse (en Hz)
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Par ailleurs la longueur drsquoonde deacutepend du milieu de propagation Ce milieu depropagation est propre agrave chaque milieu transparent On le deacutefini par lrsquoindice n Crsquoest unnombre sans dimension deacutefini pour une lumiegravere monochromatique de freacutequence donneacutee parle rapport entre la ceacuteleacuteriteacute c de la radiation dans le vide et sa ceacuteleacuteriteacute v dans le milieuconsideacutereacute deacutefini par la relation
n =vc
Par exemple lrsquoindice de lrsquoair est voisin de 1 et celui de lrsquoeau de 133Lorsque le rayon lumineux passe drsquoun milieu n1 agrave un milieu n2 il peut subir une
diffraction ouet une reacuteflexion cela deacutepend de la densiteacute de chaque milieu Lrsquoeacutetude de ladiffraction de la lumiegravere est rendue possible gracircce aux lois de Descartes connue pour saformule
n1sini = n2sinr avec i rayon incidentr rayon reacutefracteacuten1 indice du milieu 1n2 indice du milieu 2
Les lumiegraveres monochromatiques et polychromatiques
Une lumiegravere monochromatique est une radiation de freacutequence deacutefinie fixeacutee par lasource La lumiegravere drsquoun laser est une lumiegravere dite monochromatique Elle a une longueurdrsquoonde dans le vide avoisinant nm86320 asympλ
Une lumiegravere polychromatique est constitueacutee de radiations de freacutequences diffeacuterentesLa lumiegravere blanche est constitueacutee drsquoune infiniteacute de variations La lumiegravere eacutemise par unelampe agrave vapeur de mercure est aussi une lumiegravere polychromatique (constitueacutee de radiationsrouges jaunes vertes bleues et violettes Le spectre de la lumiegravere provenant de la lampe agravevapeurs de mercure est exposeacute ci-dessous
Rappel Un spectre eacutemis par la lumiegravere qui est la conseacutequence de lrsquoexcitation drsquoatomes demercure gracircce agrave des deacutecharges eacutelectriques Ainsi le gaz agrave faible pression et agrave tempeacuteratureeacuteleveacutee eacutemet une lumiegravere constitueacutee drsquoun nombre limiteacute de radiations crsquoest un spectre deraies
Avec n indice du milieuC vitesse de la lumiegravere dans le vide en ms-1
V vitesse de la lumiegravere dans le milieu en ms-1
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b) Le modegravele ondulatoire
Le premier homme agrave exposer cette theacuteorie fut le grand physicien neacuteerlandaisHuygens En effet vers 1690 Huygens publia une theacuteorie de la lumiegravere en partant de lrsquoideacuteeque la propagation de celle-ci pouvait ecirctre assimileacutee agrave celle des ondes agrave la surface de lrsquoeau
Il proposa qursquoun faisceau de lumiegravere agrave bords parallegraveles et rectilignes corresponde agraveune propagation drsquoondes suivant une direction donneacutee les rayons lumineux sont alors deslignes fictives perpendiculaires aux fronts drsquoonde et deacutefinissant la direction de propagationde lrsquoonde
Ce modegravele est donc utiliseacute car il permet de rendre compte de nombreusesexpeacuteriences et de les expliquer notamment les pheacutenomegravenes de diffraction et de reacuteflexionInteacuteressons-nous deacutesormais agrave la lumiegravere en tant qursquoonde eacutelectromagneacutetique
La lumiegravere est une onde eacutelectromagneacutetique Pour bien comprendre ce conceptdrsquoeacutelectromagneacutetisme il est neacutecessaire de rappeler briegravevement certaines conceptions
Tout drsquoabord nous vivons en permanence dans un champ eacutelectromagneacutetique lui-mecircme creacutee par la preacutesence de particules chargeacutees (toute particule chargeacutee creacutee un champeacutelectrique) et par le deacuteplacement de ces particules (le courant eacutelectrique creacutee un champmagneacutetique comme par exemple celui de la Terre) Pour simplifier on peut comparer unchamp eacutelectromagneacutetique agrave une eacutetendue drsquoeau En effet si lon jette un caillou agrave la surfacede lrsquoeau on peut observer des vagues Ces vagues sont des perturbations qui se propagentcest-agrave-dire des ondes
La lumiegravere est une perturbation du champ eacutelectromagneacutetique qui se deacuteplace Crsquoest cequi lui donne la proprieacuteteacute de pouvoir se deacuteplacer dans le vide (dans le vide il existe aussi unchamp eacutelectromagneacutetique) La lumiegravere perturbation du champ eacutelectromagneacutetique sedeacuteplace agrave la vitesse c = 300 x108 ms-1 dans lrsquoair et le vide
Enfin la lumiegravere nrsquoest pas le seul reacutesultat de la perturbation drsquoun champeacutelectromagneacutetique Il en existe plein drsquoautres pas forceacutement visible par lrsquoœil humain lesrayons X les ondes radio les rayons Gamma
Les fentes de Young
Les fentes de Young sont lobjet duneexpeacuterience reacutealiseacutee en 1802 par ThomasYoung qui vise agrave deacutemontrer le caractegravereondulatoire de la lumiegravere Lors de cetteexpeacuterience la lumiegravere doit en traversantdeux fentes parallegraveles de mecircme dimensionsproduire un ensemble de franges
On utilise donc une source de lumiegraveremonochromatique (un laser) et on pose agrave lasortie de cette source une plaque bloquantle passage de la lumiegravere composeacutee de deuxfentes parallegraveles verticales et de mecircmesdimensions
On observe alors sur lrsquoeacutecran unefigure complexe une figure de diffractionscomposeacutees en intermittence de zonessombres et de zones lumineuses ougraveparvient la lumiegravere du laser provenant desdeux fentes
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Ci-dessous un exemple de deux rayons parvenant au mecircme endroit
Pour arriver au point x de lrsquoeacutecran les deuxrayons parcourent une distance qui diffegravere de
auml = [Dsup2 + (x+ d2)sup2] - [Dsup2 + (x d2)sup2 xdr dsinegrave
La figure de diffraction est due au fait quecertaines ondes srsquoannihilent et creacuteeacutees ainsi deszones noires qui se traduisent par lesinterfeacuterences visibles dans la figure de diffraction
On peut donc parler drsquoun comportementondulatoire de la lumiegravere
c) Le modegravele corpusculaire
Au deacutebut des recherches sur la nature de la lumiegravere (aussi bien au XVIIe siegravecle quedans lrsquoantiquiteacute) le modegravele corpusculaire put ecirctre consideacutereacute comme bon en fonction desreacutesultats expeacuterimentaux de lrsquoeacutepoque
On imaginait des corpuscules analogues aux corps mateacuteriels que nous connaissonsmais eacutevidemment beaucoup plus petits pour Isaac NEWTON (1704) notamment un rayonlumineux serait alors simplement la trajectoire des grains de lumiegravere qui passent agrave tregravesgrande vitesse par un point donneacute suivant une direction donneacutee ces grains de lumiegravere sontappeleacutes photons
De plus ce modegravele peut aussi expliquer les pheacutenomegravenes de reacuteflexion et de reacutefractionde la lumiegravere En effet la reacuteflexion de la lumiegravere peut srsquoexpliquer par le rebondissement debilles eacutelastiques sur une surface rigide comme lrsquoa sciemment deacutemontreacute Descartes
Il tenta drsquoexpliquer aussi la reacutefraction par analogie avec ce qui se passe quand une balleest lanceacutee avec une raquette contre une toile (ou une feuille de papier) tellement fine quela balle peut passer agrave travers en rompant cet obstacle Le meacuterite de Descartes est drsquoavoirmontreacute que la reacutefraction est un pheacutenomegravene lieacute agrave un changement de vitesse de propagationde la lumiegravere Neacuteanmoins quand ces corpuscules sont ralentis en peacuteneacutetrant dans le secondmilieu ils devraient srsquoeacutecarter de la normale Mais puisque la lumiegravere se rapproche de lanormale en passant de lrsquoair dans le verre il fallait en conclure que drsquoapregraves ce modegravele lavitesse de la lumiegravere est plus grande dans le verre que dans lrsquoair ou encore que la vitesse dela lumiegravere est supeacuterieure dans les milieux plus reacutefringents comme si ces particules eacutetaientattireacutees par celles du milieu
Une autre difficulteacute rencontreacutee par ce modegravele est lrsquoobservation suivant laquelle deuxrayons lumineux peuvent srsquoentrecroiser sans avoir drsquoeffet lrsquoun sur lrsquoautre cette proprieacuteteacute nesrsquoexplique pas facilement au moyen du modegravele corpusculaire puisqursquoil faudrait admettre queles laquo particules de lumiegravere raquo devraient se rencontrer sans subir la moindre collision mecircmequand il y en a beaucoup crsquoest agrave dire quand la lumiegravere est intense
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Expeacuterience drsquoHertz
Lrsquoexpeacuterience a eacuteteacute reacutealiseacuteedans le but de comprendre lrsquoaspectcorpusculaire de la lumiegravere (lesphotons) mais a eacutechoueacute pour desraisons que nous ignorons Lesobservations faites ne sont donc pasconformes agrave lrsquoexpeacuterience
Nous aurions du en theacuteorieobserver avec une source de lumiegravere(lampe agrave mercure agrave lrsquoeacutetat gazeux)
- lorsque la plaque de zinc et lrsquoeacutelectroscope sont chargeacutes neacutegativement lrsquoaiguillede lrsquoeacutelectroscope est deacutevieacute a un angle drsquoenviron 25deg puis on eacuteclaire la plaque de zinc etlrsquoeacutelectroscope se deacutecharge (lrsquoaiguille retourne a son eacutetat premier)
On peut alors dire que la lumiegravere semble provoquer le deacutechargement des eacutelectronsde lrsquoaiguille
- lorsque lrsquoeacutelectroscope et la plaque de zinc sont chargeacutes neacutegativement et qursquooninterpose une plaque de verre entre la source de lumiegravere et la plaque de zinc lrsquoaiguille delrsquoeacutelectroscope ne bouge pas On enlegraveve alors la plaque de verre et on observe quelrsquoeacutelectroscope se deacutecharge
On peut maintenant affirmer que crsquoest la lumiegravere qui provoque le deacutechargement delrsquoeacutelectroscope (chargeacute neacutegativement)
- lorsque lrsquoeacutelectroscope et la plaque de zinc sont chargeacutes positivement onnrsquoobserve aucun changement que la plaque de zinc soit eacuteclaireacutee ou non
On peut alors dire que cet effet de la lumiegravere nrsquoa drsquoeffet que lorsque la laquo cible raquo estchargeacutee neacutegativement
On peut conclure cette expeacuterience en disant que la lumiegravere permet drsquoextraire lescharges neacutegatives (les eacutelectrons) du meacutetal On parle drsquoeffet photoeacutelectrique de la lumiegravereTous les comportements de la lumiegravere ne sont donc pas explicables par lrsquoun ou lrsquoautremodegravele ondulatoire ou corpusculaire il nrsquoy a pas de modegravele unique La lumiegravere se comportetantocirct comme une onde tantocirct comme des particules
Le modegravele ondulatoire permet de preacutevoir si beaucoup ou peu de lumiegravere arrive agrave un endroitdonneacute il est efficace pour comprendre la propagation de la lumiegravere dans lrsquoespace De plusle modegravele corpusculaire est efficace pour expliquer les eacutechanges drsquoeacutenergie entre matiegravere etlumiegravere on dit qursquoelle a un comportement quantique
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II LA TRANSMISSION DES DONNEES PAR LA LUMIERE
a) La transmission
Pour que la transmission de donneacutees puisse seacutetablir il doit exister une lignephysique un signal radio eacutelectrique ou lumineux appeleacutee aussi voie de transmission oucanal entre les deux machines Ces voies de transmission sont constitueacutees de plusieurstronccedilons permettant de faire circuler les donneacutees sous forme dondes eacutelectromagneacutetiqueseacutelectriques lumineuses ou mecircme acoustiques On a donc un pheacutenomegravene vibratoire qui sepropage sur le support physique Il en reacutesulte un signal ondulatoire deacutependant de la grandeurphysique que lon fait varier dans le cas de la lumiegravere il sagit dune onde lumineuse
Les ondes sont caracteacuteriseacuteespar leur freacutequence leur amplitude etleur phase
Le principe de la transmission
Pour une transmissiondonneacutee sur une voie decommunication entre deux machinesla communication peut seffectuer dediffeacuterentes maniegraveres Latransmission est caracteacuteriseacutee par
bull le sens des eacutechangesbull le mode de transmission il sagit du nombre de bits envoyeacutes simultaneacutementbull la synchronisation il sagit de la synchronisation entre eacutemetteur et reacutecepteur
Nous utiliserons plusieurs exemples qui permettent de transmettre la lumiegravere
b) La fibre optique
Trois eacuteleacutements essentiels
bull Emetteur diode laserbull Support de transmission fibre optiquebull Reacutecepteur photo-deacutetecteur
De faccedilon tregraves scheacutematique le laser convertit un signal eacutelectrique issu dun appareil decommunication (teacuteleacutephone ordinateur) en un signal optique Ce signal optique estachemineacute par la fibre jusquau deacutetecteur qui fait lopeacuteration inverse du laser cest agrave dire quilconvertit un signal optique en un signal eacutelectrique
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Le laser et le photo-deacutetecteur sont tout deux muni drsquoun circuit imprimeacute (ou puce) quisert agrave transformer les eacutelectrons en photon ou les photons en eacutelectron Nous utilisons le lasercomme source de lumiegravere car leacutenergie de son faisceau est beaucoup plus eacuteleveacutee que cellede nimporte quelle source classique car le laser eacutemet une lumiegravere monochromatique Unelampe peut ecirctre aussi lumineuse quun laser mais contrairement au laser elle eacutemet sur toutesles longueurs dondes
Les fibres optiques ont dabord eacuteteacute utiliseacutees pour faire de
limagerie essentiellement dans le domaine meacutedical
(endoscopie) Lideacutee dutiliser des fibres optiques pour
transmettre de linformation est apparue au deacutebut des anneacutees
60 avec lapparition du laser Neacuteanmoins un effort
consideacuterable devrait ecirctre fait pour reacuteduire les pertes des fibres
qui ne permettaient quune propagation dun signal sur une
distance tregraves reacuteduite typiquement quelques megravetres
Composition dune fibre
- Un noyau (ou cœur) qui veacutehicule lalumiegravere- Une gaine optique qui confine lalumiegravere dans le noyau- Une couche de substrat (parfois) quiaugmente la reacutesistance meacutecanique- Un revecirctement primaire premiegraverecouche de protection meacutecanique
- Un revecirctement secondaire couche exteacuterieure de protection meacutecanique
Photo dune fibre optiquestandard
Teacuteleacutephone(Blablabla)
LASERPHOTO-
DETECTEUR
Teacuteleacutephone(Blablabla)
Signaleacutelectrique
Fibreoptique
Impulsionslumineuses Signal
eacutelectrique
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Les fibres sont identifieacutees par le diamegravetre de leur noyau et le diamegravetre de leur gaine optiquevaleurs donneacutees en micromegravetres (microm) Les fibres optiques sont constitueacutees de deux milieuxdindices optiques diffeacuterents
- Dun coeur (noyau) dindice optique n1- Dune gaine dindice optique n2
Tel que n1 gt n2
De ce fait les rayons lumineux peuvent ecirctre reacutefleacutechis en passant drsquoune gaine agrave lrsquoautre
Pour quun rayon soit guideacute ilfaut que celui-ci soit reacutefleacutechi agravelinterface coeurgaine de la fibre cequi impose une condition sur langledincidence du rayon sur la facedentreacutee de la fibre
c) Lrsquoinfrarouge
La transmission de donneacutees par infrarouge est une technologie reacutecente Uneteacuteleacutecommande est lexemple le plus simple de communication infrarouge
Les infrarouges ne sont pas affecteacutes par les perturbations eacutelectromagneacutetiques Unverrouillage de la freacutequence et un filtrage de la lumiegravere du jour augmentent la fiabiliteacute dusystegraveme
La transmission doit se faire en ligne droite (sans obstacle) mais la dispersion dusignal infrarouge autorise une toleacuterance importante dans lalignement La transmission parinfrarouge permet drsquoutiliser la lumiegravere pour transmettre des donneacutees La transmission parinfrarouge offre une seacutecuriteacute bien plus grande que les autres techniques de transmission Enrevanche le deacutebit est bien plus reacuteduit Il srsquoeacutetend de 1 agrave 2 meacutega octets par seconde (Mos)Unsystegraveme infrarouge comprend trois eacuteleacutements leacutemetteur le diffuseur (parfois ces deuxeacuteleacutements sont combineacutes) et le reacutecepteur
Leacutemetteur achemine le signal audio au diffuseur qui effectue sa conversion enrayonnement infrarouge Le reacutecepteur deacutecode le signal infrarouge et restaure le signal audiooriginal qui peut ecirctre eacutecouteacute sur un casque ou des eacutecouteurs steacutethoscopiques Latransmission infrarouge implique que le reacutecepteur reste agrave porteacutee optique de leacutemetteur Latechnique infrarouge permet eacutegalement la confidentialiteacute des transmissions
Il est possible gracircce agrave la technologie infrarougedobtenir des deacutebits allant de 1 agrave 2 Mos en utilisant unemodulation appeleacute PPM (pulse position modulation)
Gaine optique
Cœur
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La modulation PPM consiste agrave transmettre des impulsions agrave
amplitude constante et agrave coder linformation suivant la position de
limpulsion Le deacutebit de 1 Mos est obtenu avec une modulation de
16-PPM tandis que le deacutebit de 2 Mos est obtenu avec une
modulation 4-PPM permettant de coder deux bits de donneacutees avec
4 positions possibles (ci-contre)
d) Lrsquoœil
Loeil par exemple est un deacutetecteur qui convertit une image en un signal nerveux
achemineacute par le nerf optique Un deacutetecteur optique (ou photodeacutetecteur) convertit un signal
optique en un signal eacutelectrique
Conclusion
LInternet de lavenir aura de plus en plus recours aux fibres optiques - des fils de
verre ou de plastique aussi minces voire de diamegravetre plus petit quun cheveu humain qui
transmettent linformation au moyen de photons des eacuteleacutements entrant dans la composition
de la lumiegravere La transparence de la fibre et la couche de verre tregraves reacutefleacutechissante qui
entoure la fibre permettent agrave la lumiegravere de poursuivre sa route avec pratiquement aucune
perte de signal En conseacutequence la technologie de la fibre optique permet agrave dimportantes
quantiteacutes de donneacutees de franchir en toute fiabiliteacute de grandes distances agrave des vitesses tregraves
eacuteleveacutees
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III Le Stockage de lrsquoinformation par la lumiegravere
Un exemple simple le Compact Disk (CD) et le Digital Versatile Disk (DVD)
La lumiegravere bien pratique agrave toutesnos utilisations est rentreacutee peu agrave peudans lrsquoeacutelectronique et plus preacuteciseacutementdans lrsquoeacutelectro-informatique
Nous eacutetudierons ici la lumiegravere entant que porteuse de donneacutees et nousassimilerons la surface optique du CD agraveune surface composeacutee drsquoun tregraves grandnombre de miroirs nanoscopique (dontnous deacutefinirons la taille plus tard) Ce quinous inteacuteresse ici crsquoest de parler dumodegravele ondulatoire de la lumiegravere car crsquoestbien sur ce modegravele qui explique les lois deDescartes qui est utiliseacutees dans leprocessus de lecture du disque
a) Drsquoun systegraveme optique agrave un systegraveme eacutelectrique
On consideacuterera que le CDDVD estcomposeacute drsquoune multitude de creux et debosses le tout recouvert drsquoune couchedrsquoaluminium tregraves fine qui servira dereacuteflecteur
Les creux seront appeleacutes par la suitelaquo microcuvettes raquo et les bosses la surfacelaquo normale raquo du CD
Sur le scheacutema ci-contre une diode lasereacutemet un rayon qui traverse une lame semi-reacutefleacutechissante Ce rayon va laquo frapper la surface du disque Ici on a deux possibiliteacutes
- Drsquoune part le laser rencontre une bosse au quel cas le rayon est reacutefleacutechinaturellement au quel cas il retourne sur la lame semi-reacutefleacutechissante pour aller laquo taper raquo unphotoreacutecepteur La tension marqueacutee est dite forte car elle est supeacuterieur nettement agrave 0
- Drsquoautre part le laser rencontre une microcuvette au quel cas le rayon estcomplegravetement reacutefleacutechi mais dans tous les sens possibles de ce fait le rayon restant pouraller laquo taper raquo le photoreacutecepteur est trop faible la tension marqueacutee est sensiblement nulle
Crsquoest gracircce aux lois de Descartes si le rayon arrive jusqursquoau photoreacutecepteur En effetsi on ne connaissait pas la trajectoire du rayon apregraves avoir tapeacute la surface du disque riennrsquoaurait eacuteteacute placeacute pour reacutecupeacuterer lrsquointeacutegraliteacute du rayon
Pour un DVD les lois srsquoapplique de la mecircme maniegravere bien qursquoil y ait 2 couches delecture La seconde couche fonctionne pareil que celle du CD classique alors que lapremiegravere couche est semi-reacuteflechissante Selon la position de la lentille le faisceau nerevient pas avec exactement la mecircme puissance de ce fait les tensions varient Comme onconnaicirct les tensions recueillies par la reacuteflexion de la seconde couche celle de la premiegraveresont retrouveacutees tregraves aiseacutement
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b) Drsquoun systegraveme eacutelectrique aux donneacutees informatiques
Sur le scheacutema preacuteceacutedent la tension donneacutee dans le circuit eacutetait convertit sous formede donneacutees analogiques qui eacutetaient travailleacutees par un systegraveme de Haut-Parleur Eninformatique le proceacutedeacute drsquoanalogisme est utiliseacute qursquoen dernier recours car il contientbeaucoup trop drsquoerreur De ce fait les donneacutees restent sous leur forme numeacuterique
Comment ccedila marche A dire vrai le numeacuterique est un codage de donneacutees sous forme dechiffres binaires (0 et 1) On lrsquoa vu preacuteceacutedemment le signal lumineux eacutetait converti en tensioneacutelectrique Cette tension si elle est nulle correspondra agrave unlaquo 0 raquo et si elle est nettement supeacuterieure agrave 0 elle correspondra agravelaquo 1 raquo Attention le circuit eacutelectrique ne transmet pas de 0 ou de1 ce nrsquoest qursquoun codage logique pour faire correspondre lavision de lrsquohomme agrave lrsquoeacutemission drsquoimpulsions eacutelectriques En effetune impulsion correspond agrave une mise sous tension donc agravelaquo 1 raquo pas drsquoimpulsion eacutequivaut agrave tension nulle donc agrave laquo 0 raquo
c) Ecriture du disque
Un disque ne se fabrique pas par magie on le laquo grave raquoLe fait de graver est le mecircme que sur la roche on module unede couche de matiegravere pour y laisser des inscriptions Latechnique a certainement eacutevolueacute pour le CD depuis sonapparution mais le principe reste le mecircme
Un disque commercial (deacutejagrave graveacute) est fait avec la mecircmemeacutethode un laser a moduleacute une couche photosensible selon lecode drsquoeacutecriture binaire La couche a alors pris lrsquoallure de laquo creuxet de bosses raquo On a alors recouvert le tout drsquoune couchemeacutetallique qui a prit lrsquoempreinte de la couche preacuteceacutedente Cettecouche sert alors de laquo moule raquo pour le support en PCV dudisque Le support est agrave son tour mouleacute puis recouvert drsquoun filmdrsquoaluminium qui servira pour la reacuteflexion de la lumiegravere (cf voirscheacutema ci-contre) Pour DVD la technique est la mecircme agrave partque la premiegravere couche est toujours semi-reacutefleacutechissante
De nos jours le systegraveme a un peu eacutevolueacute mecircme si les CD commerciaux sont toujoursgraveacutes de la mecircme maniegravere (mecircme si apregraves correction de deacutefaut la platine drsquoaluminium aeacuteteacute emprisonneacutee dans le PVC) Lrsquoeacutevolution se remarque du fait que lrsquoon peut graver nousmecircme nos propres CD (-R ou -RW) et mecircme nos DVD (plusmnR plusmnRW ou RAM) le tout gracircce agrave unpetit appareil le graveur Il ne reacutepond plus au mecircme systegraveme que preacuteceacutedemment mais ilfait tout de mecircme un aussi bon travail que son aicircneacute
En conclusion la lumiegravere pour un CD ou DVD nrsquoa qursquoun rocircle tregraves mineur elle sert agravereacuteveacuteler une empreinte poseacutee sur une laquo suite de miroir raquo placeacutes agrave deux niveaux diffeacuterentsComme lrsquoutilisation de la lumiegravere est plutocirct simpliste il convient mieux drsquoappliquer les lois deDescartes et dont le modegravele ondulatoire plutocirct que drsquoappliquer un modegravele complexe qursquoest lecorpusculaire
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Conclusion
Durant toute cette eacutetude on a vu de plusieurs modegraveles de la lumiegravere ceux-ci nousaidant agrave mieux comprendre son utilisation pour la technologie moderne de transfert et destockage de lrsquoinformation
La lumiegravere elle-mecircme nrsquoa qursquoun faible rocircle on lrsquoa vu par lrsquointermeacutediaire du CD Sonrocircle est de reacuteveacuteleacute une empreinte sur une surface reacutefleacutechissante moduleacutee le tout seratranscris de sorte qursquoon puisse srsquoen resservir sous une autre forme Si la surface nrsquoest pasmoduleacutee crsquoest que crsquoest le rayon lui-mecircme qui est moduleacute sous forme drsquoimpulsion tel quenous lrsquoavons vue dans le cas de la fibre optique
Les deux modegraveles eacutetablis de la lumiegravere ont eacuteteacute veacuterifieacutes comme eacutetant valable selon lesutilisations qursquoon a de la lumiegravere auquel cas on observera deux situations diffeacuterentes
- Drsquoune part le modegravele corpusculaire qui permet drsquoexpliquer beaucoup de chose surla lumiegravere notamment son deacuteplacement chaotique dans la fibre optique
- Drsquoautre part le model ondulatoire qui lui plus simple que le preacuteceacutedent permet desrsquointeacuteresser agrave un cas bien particulier de la lumiegravere lorsque celle-ci est assimileacute agraveun rayon circulant en ligne droite
Par conseacutequent on peut dire que la lumiegravere ne stocke pas la lumiegravere mais ne sertqursquoagrave la faire transmettre drsquoun support agrave un autre tels que du CD vers lrsquoinformatique ou drsquouneacutemetteur agrave un reacutecepteur en passant par la fibre optiqueLa lumiegravere est donc un eacuteleacutement indispensable au bon deacuteveloppement de la civilisationhumaine tant au niveau des conditions de vie que du deacuteveloppement technologique
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LEXIQUE
Tous les termes importants employeacutes dans le dossier sont reacutepertorieacutes ici avec leur deacutefinition
Analogique se dit drsquoun signal qui geacuteneacuteralement et contrairement au numeacuterique estextrecircmement complexe mais pour un mecircme flux de donneacutees brutes on observe que latotaliteacute des informations est deacutejagrave passeacute alors que en numeacuterique ccedila demande beaucoup plusde flux
CD et DVD (Compact Disk et Digital Versatile Disk) sont les sigles qui deacutesignent le DisqueLaser et le Disque Digitale agrave Multifonction Ces disques ont remplaceacutes le vieux disquemagneacutetique Vinyle la bande cassette magneacutetique sonore ou videacuteo De nos jours ce sontdes produits de haute consommation tout ce qursquoil y a de plus classique Toutefois ils sontameneacutes agrave disparaicirctre remplaceacutes par leur successeur le HQ-DVD (High Quality DVD) ouBlue Ray Disk celui-ci eacutetant baseacute sur le principe drsquoun laser bleu donc drsquoune lumiegraveremonochromatique agrave plus faible longueur drsquoonde et par conseacutequent les creux et bosses dudisque peuvent ecirctre beaucoup plus nombreux drsquoougrave un gain eacutenorme de place
Ceacuteleacuteriteacute dune onde est sa vitesse de propagation Celle de la lumiegravere la plus connue estde 300 000 kms-1
Champ eacutelectromagneacutetique est le concept central de leacutelectromagneacutetisme On le conccediloitsouvent comme composition des deux champs vectoriels que lon peut mesurerindeacutependamment le champ eacutelectrique E et le champ magneacutetique B Mais ces deux champsne sont pas seacuteparables
Electroscope Appareil qui permet de deacutetecter une charge eacutelectrique
Freacutequence drsquoonde La freacutequence dun pheacutenomegravene est le nombre de cycles qui seproduisent durant une seconde Luniteacute de la freacutequence est lrsquoHertz (Hz) Le courant alternatifqui alimente nos appareils eacutelectriques a une freacutequence de 50 Hz Cela signifie que leseacutelectrons qui creacuteent le courant changent de direction 20 fois par seconde
Fibre optique Tregraves mince fil de verre (tregraves fragile) permettant de transporter de linformationsous la forme dimpulsions lumineuses
Infrarouge Lumiegravere situeacutee au-delagrave du rouge dans le spectre des couleurs Alors que cettelumiegravere nest pas visible aux yeux humains les eacutemetteurs et les reacutecepteurs infrarougespeuvent envoyer et recevoir des signaux infrarouges
Interfeacuterence Superposition et somme algeacutebrique conseacutequente de deux ondes dunpheacutenomegravene physique vibratoire Linterfeacuterence se manifeste dans les teacuteleacutecommunications enoptique en acoustique et plus geacuteneacuteralement lorsquon a une propagation deacutenergie de typeondulatoire
Longueur drsquoonde est la distance entre deux cycles conseacutecutifs de londe
Lumiegravere polychromatique lumiegravere composeacutee de radiations de longueurs drsquoondesdiffeacuterentes La lumiegravere laquo blanche raquo est une lumiegravere polychromatique
Monochromatique lumiegravere composeacutee drsquoune radiation (de freacutequence deacutefinie) Un laser He-Ne eacutemet une lumiegravere monochromatique
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N indice caracteacuterisant le milieu dans lequel la lumiegravere se propage
Numeacuterique le numeacuterique est un codage extrecircmement simple mais tregraves encombrant Il secompose drsquoune longue chaicircne de laquo 0 raquo et laquo 1 raquo nommeacute bit Tous les 4x bits (ougrave X est unentier naturel) on a un mot En theacuteorie informatique il faut 8 bits pour former un Octet (uniteacutede donneacutees informatiques en anglais crsquoest le Byte) En pratique il faut exactement 8 bitsdrsquoinformation reacuteelle et 2 bits de correction drsquoerreur
Onde Une onde a la faculteacute de transporter de leacutenergie dun point agrave un autre sans quil y aittransfert de matiegravere
Photon est un concept utiliseacute pour repreacutesenter les interactions entre les rayonnementseacutelectromagneacutetiques (notamment la lumiegravere les ultraviolets et les rayons X) et la matiegravere
Spectre une lumiegravere est une somme de lumiegraveres simples de freacutequences et dintensiteacutesdiffeacuterentes La relation entre ces freacutequences et la luminositeacute qui leur correspond sappelle unspectre
plusmnR plusmnRW RAM -R -RW il srsquoagit de norme de gravure Pour CD on parle de CD-R ou CD-RW R correspondant agrave enregistrable (recordable en anglais) et RW agrave reacuteinscriptible(rewritable en anglais) Cette norme srsquoapplique pareil aux DVD agrave un seul deacutetail le + ou le ndashqui lui diffeacuterencie en fait juste le format de Philips(+) de celui de Sony (-) ce qui laisse sous-entendre un proceacutedeacute de gravure diffeacuterent sur quelques points La norme RAM est valableque pour DVD il srsquoagit drsquoun type de disque qui peut-ecirctre compareacute agrave une disquettemagneacutetique car ccedila dureacutee de vie est sensiblement la mecircme en ce qui concerne la reacuteeacutecriture
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BibliographieLivres
Encyclopeacutedie Universalis ndash La lumiegravere
Manuel scolaire Physique Terminale S Didier ndash Programme 1995
Articles de peacuteriodiques
Science et vie junior ndash Hors seacuterie ndeg53
Courrier International ndeg616
Science et vie junior ndeg151
Cahier de science et vie ndeg65
Cleacutes de lrsquoactualiteacute ndeg269
Science et vie ndeg928
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg186
La recherche ndeg216
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg150
Sites Internet
httpwwwsennheiserfrpagephppg=technologietransmissionif
httppedagogieac-
montpellierfrDisciplinesscphysiquesSP30BTS20IRISTransmission20du20signalpdf
httpwwwnew-sngcomnorteldisc1_fcfm
httplullyasarizonaedu~hdolethesethese_hdole_htmlnode5html
httplocochenettransmission_donneesphp
httpwwwlkbensfr~jacquierDESSOptionBhtml
httplasiruniv-lille1frpagesSpectrometrie_Infrarougehtml
httpwwwjbaumannchjbinformatiquewifihtml
httpwwwjautomatisecomWhiteCommunicationWPCuivrehtm
httpwwwwikipediacom
httpwwwfutura-sciencescom
httppersowanadoofrguychaumeton
httpwwwalluphysicsDownloadsPremiC3A8reCours20polycopiC3A9sEffet2
0photoC3A9lectriquepdf
Et beaucoup de connaissances personnelles en ce qui concerne lrsquoinformatique
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I QUrsquoEST CE QUE LA LUMIERE
a) Les proprieacuteteacutes de la lumiegravere
La lumiegravere fait partie de la vie de tous les jours il est donc important de srsquointerrogersur la maniegravere dont elle se deacuteplace Il existe deux modegraveles qui peuvent tout deux modeacuteliserce deacuteplacement Dune part elle preacutesente un aspect ondulatoire qui permet dinterpreacutetercertaines expeacuteriences comme la diffraction de la lumiegravere par des obstacles ou desouvertures dautre part elle preacutesente un aspect corpusculaire qui permet dinterpreacuteterdautres expeacuteriences comme leffet photoeacutelectrique Pour lrsquoinstant inteacuteressons-nous auxfabuleuses proprieacuteteacutes de la lumiegravere
- Tout drsquoabord sa ceacuteleacuteriteacute dans le vide est une constante universelle On la note c =300 x108 ms-1 Cependant mecircme si la diffeacuterence est infime on peut srsquoapercevoir que lavitesse de propagation de lumiegravere dans des milieux transparents est infeacuterieure agrave sa vitessede propagation dans le vide mais par convention on consideacuterera cette vitesse eacutegale dans lesdeux milieux
- Ensuite sa longueur drsquoonde et la freacutequence de sa radiation lumineuse
Drsquoabord une radiation lumineuse est caracteacuteriseacutee par
Sa freacutequence v exprimeacutee en Hertz (Hz) ou sa peacuteriode T en seconde (s) Sa longueur drsquoonde dans le vide euml0
Remarque la freacutequence drsquoune radiation lumineuse ne deacutepend pas du milieu depropagation tandis que la longueur drsquoonde deacutepend du milieu de propagation
De maniegravere geacuteneacuterale on caracteacuterise une radiation lumineuse par sa longueur drsquoondedans le vide La longueur drsquoonde dans le vide drsquoune radiation lumineuse est donneacutee par larelation
euml0= cT =vc
Le scheacutema ci-dessous preacutesente lrsquoeacutechelle des longueurs drsquoondes lumineuses
Avec 0λ longueur drsquoonde dans le vide en mC vitesse de la lumiegravere dans le vide (en ms-1)T peacuteriode de la radiation (en s)V freacutequence de la radiation lumineuse (en Hz)
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Par ailleurs la longueur drsquoonde deacutepend du milieu de propagation Ce milieu depropagation est propre agrave chaque milieu transparent On le deacutefini par lrsquoindice n Crsquoest unnombre sans dimension deacutefini pour une lumiegravere monochromatique de freacutequence donneacutee parle rapport entre la ceacuteleacuteriteacute c de la radiation dans le vide et sa ceacuteleacuteriteacute v dans le milieuconsideacutereacute deacutefini par la relation
n =vc
Par exemple lrsquoindice de lrsquoair est voisin de 1 et celui de lrsquoeau de 133Lorsque le rayon lumineux passe drsquoun milieu n1 agrave un milieu n2 il peut subir une
diffraction ouet une reacuteflexion cela deacutepend de la densiteacute de chaque milieu Lrsquoeacutetude de ladiffraction de la lumiegravere est rendue possible gracircce aux lois de Descartes connue pour saformule
n1sini = n2sinr avec i rayon incidentr rayon reacutefracteacuten1 indice du milieu 1n2 indice du milieu 2
Les lumiegraveres monochromatiques et polychromatiques
Une lumiegravere monochromatique est une radiation de freacutequence deacutefinie fixeacutee par lasource La lumiegravere drsquoun laser est une lumiegravere dite monochromatique Elle a une longueurdrsquoonde dans le vide avoisinant nm86320 asympλ
Une lumiegravere polychromatique est constitueacutee de radiations de freacutequences diffeacuterentesLa lumiegravere blanche est constitueacutee drsquoune infiniteacute de variations La lumiegravere eacutemise par unelampe agrave vapeur de mercure est aussi une lumiegravere polychromatique (constitueacutee de radiationsrouges jaunes vertes bleues et violettes Le spectre de la lumiegravere provenant de la lampe agravevapeurs de mercure est exposeacute ci-dessous
Rappel Un spectre eacutemis par la lumiegravere qui est la conseacutequence de lrsquoexcitation drsquoatomes demercure gracircce agrave des deacutecharges eacutelectriques Ainsi le gaz agrave faible pression et agrave tempeacuteratureeacuteleveacutee eacutemet une lumiegravere constitueacutee drsquoun nombre limiteacute de radiations crsquoest un spectre deraies
Avec n indice du milieuC vitesse de la lumiegravere dans le vide en ms-1
V vitesse de la lumiegravere dans le milieu en ms-1
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b) Le modegravele ondulatoire
Le premier homme agrave exposer cette theacuteorie fut le grand physicien neacuteerlandaisHuygens En effet vers 1690 Huygens publia une theacuteorie de la lumiegravere en partant de lrsquoideacuteeque la propagation de celle-ci pouvait ecirctre assimileacutee agrave celle des ondes agrave la surface de lrsquoeau
Il proposa qursquoun faisceau de lumiegravere agrave bords parallegraveles et rectilignes corresponde agraveune propagation drsquoondes suivant une direction donneacutee les rayons lumineux sont alors deslignes fictives perpendiculaires aux fronts drsquoonde et deacutefinissant la direction de propagationde lrsquoonde
Ce modegravele est donc utiliseacute car il permet de rendre compte de nombreusesexpeacuteriences et de les expliquer notamment les pheacutenomegravenes de diffraction et de reacuteflexionInteacuteressons-nous deacutesormais agrave la lumiegravere en tant qursquoonde eacutelectromagneacutetique
La lumiegravere est une onde eacutelectromagneacutetique Pour bien comprendre ce conceptdrsquoeacutelectromagneacutetisme il est neacutecessaire de rappeler briegravevement certaines conceptions
Tout drsquoabord nous vivons en permanence dans un champ eacutelectromagneacutetique lui-mecircme creacutee par la preacutesence de particules chargeacutees (toute particule chargeacutee creacutee un champeacutelectrique) et par le deacuteplacement de ces particules (le courant eacutelectrique creacutee un champmagneacutetique comme par exemple celui de la Terre) Pour simplifier on peut comparer unchamp eacutelectromagneacutetique agrave une eacutetendue drsquoeau En effet si lon jette un caillou agrave la surfacede lrsquoeau on peut observer des vagues Ces vagues sont des perturbations qui se propagentcest-agrave-dire des ondes
La lumiegravere est une perturbation du champ eacutelectromagneacutetique qui se deacuteplace Crsquoest cequi lui donne la proprieacuteteacute de pouvoir se deacuteplacer dans le vide (dans le vide il existe aussi unchamp eacutelectromagneacutetique) La lumiegravere perturbation du champ eacutelectromagneacutetique sedeacuteplace agrave la vitesse c = 300 x108 ms-1 dans lrsquoair et le vide
Enfin la lumiegravere nrsquoest pas le seul reacutesultat de la perturbation drsquoun champeacutelectromagneacutetique Il en existe plein drsquoautres pas forceacutement visible par lrsquoœil humain lesrayons X les ondes radio les rayons Gamma
Les fentes de Young
Les fentes de Young sont lobjet duneexpeacuterience reacutealiseacutee en 1802 par ThomasYoung qui vise agrave deacutemontrer le caractegravereondulatoire de la lumiegravere Lors de cetteexpeacuterience la lumiegravere doit en traversantdeux fentes parallegraveles de mecircme dimensionsproduire un ensemble de franges
On utilise donc une source de lumiegraveremonochromatique (un laser) et on pose agrave lasortie de cette source une plaque bloquantle passage de la lumiegravere composeacutee de deuxfentes parallegraveles verticales et de mecircmesdimensions
On observe alors sur lrsquoeacutecran unefigure complexe une figure de diffractionscomposeacutees en intermittence de zonessombres et de zones lumineuses ougraveparvient la lumiegravere du laser provenant desdeux fentes
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Ci-dessous un exemple de deux rayons parvenant au mecircme endroit
Pour arriver au point x de lrsquoeacutecran les deuxrayons parcourent une distance qui diffegravere de
auml = [Dsup2 + (x+ d2)sup2] - [Dsup2 + (x d2)sup2 xdr dsinegrave
La figure de diffraction est due au fait quecertaines ondes srsquoannihilent et creacuteeacutees ainsi deszones noires qui se traduisent par lesinterfeacuterences visibles dans la figure de diffraction
On peut donc parler drsquoun comportementondulatoire de la lumiegravere
c) Le modegravele corpusculaire
Au deacutebut des recherches sur la nature de la lumiegravere (aussi bien au XVIIe siegravecle quedans lrsquoantiquiteacute) le modegravele corpusculaire put ecirctre consideacutereacute comme bon en fonction desreacutesultats expeacuterimentaux de lrsquoeacutepoque
On imaginait des corpuscules analogues aux corps mateacuteriels que nous connaissonsmais eacutevidemment beaucoup plus petits pour Isaac NEWTON (1704) notamment un rayonlumineux serait alors simplement la trajectoire des grains de lumiegravere qui passent agrave tregravesgrande vitesse par un point donneacute suivant une direction donneacutee ces grains de lumiegravere sontappeleacutes photons
De plus ce modegravele peut aussi expliquer les pheacutenomegravenes de reacuteflexion et de reacutefractionde la lumiegravere En effet la reacuteflexion de la lumiegravere peut srsquoexpliquer par le rebondissement debilles eacutelastiques sur une surface rigide comme lrsquoa sciemment deacutemontreacute Descartes
Il tenta drsquoexpliquer aussi la reacutefraction par analogie avec ce qui se passe quand une balleest lanceacutee avec une raquette contre une toile (ou une feuille de papier) tellement fine quela balle peut passer agrave travers en rompant cet obstacle Le meacuterite de Descartes est drsquoavoirmontreacute que la reacutefraction est un pheacutenomegravene lieacute agrave un changement de vitesse de propagationde la lumiegravere Neacuteanmoins quand ces corpuscules sont ralentis en peacuteneacutetrant dans le secondmilieu ils devraient srsquoeacutecarter de la normale Mais puisque la lumiegravere se rapproche de lanormale en passant de lrsquoair dans le verre il fallait en conclure que drsquoapregraves ce modegravele lavitesse de la lumiegravere est plus grande dans le verre que dans lrsquoair ou encore que la vitesse dela lumiegravere est supeacuterieure dans les milieux plus reacutefringents comme si ces particules eacutetaientattireacutees par celles du milieu
Une autre difficulteacute rencontreacutee par ce modegravele est lrsquoobservation suivant laquelle deuxrayons lumineux peuvent srsquoentrecroiser sans avoir drsquoeffet lrsquoun sur lrsquoautre cette proprieacuteteacute nesrsquoexplique pas facilement au moyen du modegravele corpusculaire puisqursquoil faudrait admettre queles laquo particules de lumiegravere raquo devraient se rencontrer sans subir la moindre collision mecircmequand il y en a beaucoup crsquoest agrave dire quand la lumiegravere est intense
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Expeacuterience drsquoHertz
Lrsquoexpeacuterience a eacuteteacute reacutealiseacuteedans le but de comprendre lrsquoaspectcorpusculaire de la lumiegravere (lesphotons) mais a eacutechoueacute pour desraisons que nous ignorons Lesobservations faites ne sont donc pasconformes agrave lrsquoexpeacuterience
Nous aurions du en theacuteorieobserver avec une source de lumiegravere(lampe agrave mercure agrave lrsquoeacutetat gazeux)
- lorsque la plaque de zinc et lrsquoeacutelectroscope sont chargeacutes neacutegativement lrsquoaiguillede lrsquoeacutelectroscope est deacutevieacute a un angle drsquoenviron 25deg puis on eacuteclaire la plaque de zinc etlrsquoeacutelectroscope se deacutecharge (lrsquoaiguille retourne a son eacutetat premier)
On peut alors dire que la lumiegravere semble provoquer le deacutechargement des eacutelectronsde lrsquoaiguille
- lorsque lrsquoeacutelectroscope et la plaque de zinc sont chargeacutes neacutegativement et qursquooninterpose une plaque de verre entre la source de lumiegravere et la plaque de zinc lrsquoaiguille delrsquoeacutelectroscope ne bouge pas On enlegraveve alors la plaque de verre et on observe quelrsquoeacutelectroscope se deacutecharge
On peut maintenant affirmer que crsquoest la lumiegravere qui provoque le deacutechargement delrsquoeacutelectroscope (chargeacute neacutegativement)
- lorsque lrsquoeacutelectroscope et la plaque de zinc sont chargeacutes positivement onnrsquoobserve aucun changement que la plaque de zinc soit eacuteclaireacutee ou non
On peut alors dire que cet effet de la lumiegravere nrsquoa drsquoeffet que lorsque la laquo cible raquo estchargeacutee neacutegativement
On peut conclure cette expeacuterience en disant que la lumiegravere permet drsquoextraire lescharges neacutegatives (les eacutelectrons) du meacutetal On parle drsquoeffet photoeacutelectrique de la lumiegravereTous les comportements de la lumiegravere ne sont donc pas explicables par lrsquoun ou lrsquoautremodegravele ondulatoire ou corpusculaire il nrsquoy a pas de modegravele unique La lumiegravere se comportetantocirct comme une onde tantocirct comme des particules
Le modegravele ondulatoire permet de preacutevoir si beaucoup ou peu de lumiegravere arrive agrave un endroitdonneacute il est efficace pour comprendre la propagation de la lumiegravere dans lrsquoespace De plusle modegravele corpusculaire est efficace pour expliquer les eacutechanges drsquoeacutenergie entre matiegravere etlumiegravere on dit qursquoelle a un comportement quantique
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II LA TRANSMISSION DES DONNEES PAR LA LUMIERE
a) La transmission
Pour que la transmission de donneacutees puisse seacutetablir il doit exister une lignephysique un signal radio eacutelectrique ou lumineux appeleacutee aussi voie de transmission oucanal entre les deux machines Ces voies de transmission sont constitueacutees de plusieurstronccedilons permettant de faire circuler les donneacutees sous forme dondes eacutelectromagneacutetiqueseacutelectriques lumineuses ou mecircme acoustiques On a donc un pheacutenomegravene vibratoire qui sepropage sur le support physique Il en reacutesulte un signal ondulatoire deacutependant de la grandeurphysique que lon fait varier dans le cas de la lumiegravere il sagit dune onde lumineuse
Les ondes sont caracteacuteriseacuteespar leur freacutequence leur amplitude etleur phase
Le principe de la transmission
Pour une transmissiondonneacutee sur une voie decommunication entre deux machinesla communication peut seffectuer dediffeacuterentes maniegraveres Latransmission est caracteacuteriseacutee par
bull le sens des eacutechangesbull le mode de transmission il sagit du nombre de bits envoyeacutes simultaneacutementbull la synchronisation il sagit de la synchronisation entre eacutemetteur et reacutecepteur
Nous utiliserons plusieurs exemples qui permettent de transmettre la lumiegravere
b) La fibre optique
Trois eacuteleacutements essentiels
bull Emetteur diode laserbull Support de transmission fibre optiquebull Reacutecepteur photo-deacutetecteur
De faccedilon tregraves scheacutematique le laser convertit un signal eacutelectrique issu dun appareil decommunication (teacuteleacutephone ordinateur) en un signal optique Ce signal optique estachemineacute par la fibre jusquau deacutetecteur qui fait lopeacuteration inverse du laser cest agrave dire quilconvertit un signal optique en un signal eacutelectrique
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Le laser et le photo-deacutetecteur sont tout deux muni drsquoun circuit imprimeacute (ou puce) quisert agrave transformer les eacutelectrons en photon ou les photons en eacutelectron Nous utilisons le lasercomme source de lumiegravere car leacutenergie de son faisceau est beaucoup plus eacuteleveacutee que cellede nimporte quelle source classique car le laser eacutemet une lumiegravere monochromatique Unelampe peut ecirctre aussi lumineuse quun laser mais contrairement au laser elle eacutemet sur toutesles longueurs dondes
Les fibres optiques ont dabord eacuteteacute utiliseacutees pour faire de
limagerie essentiellement dans le domaine meacutedical
(endoscopie) Lideacutee dutiliser des fibres optiques pour
transmettre de linformation est apparue au deacutebut des anneacutees
60 avec lapparition du laser Neacuteanmoins un effort
consideacuterable devrait ecirctre fait pour reacuteduire les pertes des fibres
qui ne permettaient quune propagation dun signal sur une
distance tregraves reacuteduite typiquement quelques megravetres
Composition dune fibre
- Un noyau (ou cœur) qui veacutehicule lalumiegravere- Une gaine optique qui confine lalumiegravere dans le noyau- Une couche de substrat (parfois) quiaugmente la reacutesistance meacutecanique- Un revecirctement primaire premiegraverecouche de protection meacutecanique
- Un revecirctement secondaire couche exteacuterieure de protection meacutecanique
Photo dune fibre optiquestandard
Teacuteleacutephone(Blablabla)
LASERPHOTO-
DETECTEUR
Teacuteleacutephone(Blablabla)
Signaleacutelectrique
Fibreoptique
Impulsionslumineuses Signal
eacutelectrique
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Les fibres sont identifieacutees par le diamegravetre de leur noyau et le diamegravetre de leur gaine optiquevaleurs donneacutees en micromegravetres (microm) Les fibres optiques sont constitueacutees de deux milieuxdindices optiques diffeacuterents
- Dun coeur (noyau) dindice optique n1- Dune gaine dindice optique n2
Tel que n1 gt n2
De ce fait les rayons lumineux peuvent ecirctre reacutefleacutechis en passant drsquoune gaine agrave lrsquoautre
Pour quun rayon soit guideacute ilfaut que celui-ci soit reacutefleacutechi agravelinterface coeurgaine de la fibre cequi impose une condition sur langledincidence du rayon sur la facedentreacutee de la fibre
c) Lrsquoinfrarouge
La transmission de donneacutees par infrarouge est une technologie reacutecente Uneteacuteleacutecommande est lexemple le plus simple de communication infrarouge
Les infrarouges ne sont pas affecteacutes par les perturbations eacutelectromagneacutetiques Unverrouillage de la freacutequence et un filtrage de la lumiegravere du jour augmentent la fiabiliteacute dusystegraveme
La transmission doit se faire en ligne droite (sans obstacle) mais la dispersion dusignal infrarouge autorise une toleacuterance importante dans lalignement La transmission parinfrarouge permet drsquoutiliser la lumiegravere pour transmettre des donneacutees La transmission parinfrarouge offre une seacutecuriteacute bien plus grande que les autres techniques de transmission Enrevanche le deacutebit est bien plus reacuteduit Il srsquoeacutetend de 1 agrave 2 meacutega octets par seconde (Mos)Unsystegraveme infrarouge comprend trois eacuteleacutements leacutemetteur le diffuseur (parfois ces deuxeacuteleacutements sont combineacutes) et le reacutecepteur
Leacutemetteur achemine le signal audio au diffuseur qui effectue sa conversion enrayonnement infrarouge Le reacutecepteur deacutecode le signal infrarouge et restaure le signal audiooriginal qui peut ecirctre eacutecouteacute sur un casque ou des eacutecouteurs steacutethoscopiques Latransmission infrarouge implique que le reacutecepteur reste agrave porteacutee optique de leacutemetteur Latechnique infrarouge permet eacutegalement la confidentialiteacute des transmissions
Il est possible gracircce agrave la technologie infrarougedobtenir des deacutebits allant de 1 agrave 2 Mos en utilisant unemodulation appeleacute PPM (pulse position modulation)
Gaine optique
Cœur
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La modulation PPM consiste agrave transmettre des impulsions agrave
amplitude constante et agrave coder linformation suivant la position de
limpulsion Le deacutebit de 1 Mos est obtenu avec une modulation de
16-PPM tandis que le deacutebit de 2 Mos est obtenu avec une
modulation 4-PPM permettant de coder deux bits de donneacutees avec
4 positions possibles (ci-contre)
d) Lrsquoœil
Loeil par exemple est un deacutetecteur qui convertit une image en un signal nerveux
achemineacute par le nerf optique Un deacutetecteur optique (ou photodeacutetecteur) convertit un signal
optique en un signal eacutelectrique
Conclusion
LInternet de lavenir aura de plus en plus recours aux fibres optiques - des fils de
verre ou de plastique aussi minces voire de diamegravetre plus petit quun cheveu humain qui
transmettent linformation au moyen de photons des eacuteleacutements entrant dans la composition
de la lumiegravere La transparence de la fibre et la couche de verre tregraves reacutefleacutechissante qui
entoure la fibre permettent agrave la lumiegravere de poursuivre sa route avec pratiquement aucune
perte de signal En conseacutequence la technologie de la fibre optique permet agrave dimportantes
quantiteacutes de donneacutees de franchir en toute fiabiliteacute de grandes distances agrave des vitesses tregraves
eacuteleveacutees
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III Le Stockage de lrsquoinformation par la lumiegravere
Un exemple simple le Compact Disk (CD) et le Digital Versatile Disk (DVD)
La lumiegravere bien pratique agrave toutesnos utilisations est rentreacutee peu agrave peudans lrsquoeacutelectronique et plus preacuteciseacutementdans lrsquoeacutelectro-informatique
Nous eacutetudierons ici la lumiegravere entant que porteuse de donneacutees et nousassimilerons la surface optique du CD agraveune surface composeacutee drsquoun tregraves grandnombre de miroirs nanoscopique (dontnous deacutefinirons la taille plus tard) Ce quinous inteacuteresse ici crsquoest de parler dumodegravele ondulatoire de la lumiegravere car crsquoestbien sur ce modegravele qui explique les lois deDescartes qui est utiliseacutees dans leprocessus de lecture du disque
a) Drsquoun systegraveme optique agrave un systegraveme eacutelectrique
On consideacuterera que le CDDVD estcomposeacute drsquoune multitude de creux et debosses le tout recouvert drsquoune couchedrsquoaluminium tregraves fine qui servira dereacuteflecteur
Les creux seront appeleacutes par la suitelaquo microcuvettes raquo et les bosses la surfacelaquo normale raquo du CD
Sur le scheacutema ci-contre une diode lasereacutemet un rayon qui traverse une lame semi-reacutefleacutechissante Ce rayon va laquo frapper la surface du disque Ici on a deux possibiliteacutes
- Drsquoune part le laser rencontre une bosse au quel cas le rayon est reacutefleacutechinaturellement au quel cas il retourne sur la lame semi-reacutefleacutechissante pour aller laquo taper raquo unphotoreacutecepteur La tension marqueacutee est dite forte car elle est supeacuterieur nettement agrave 0
- Drsquoautre part le laser rencontre une microcuvette au quel cas le rayon estcomplegravetement reacutefleacutechi mais dans tous les sens possibles de ce fait le rayon restant pouraller laquo taper raquo le photoreacutecepteur est trop faible la tension marqueacutee est sensiblement nulle
Crsquoest gracircce aux lois de Descartes si le rayon arrive jusqursquoau photoreacutecepteur En effetsi on ne connaissait pas la trajectoire du rayon apregraves avoir tapeacute la surface du disque riennrsquoaurait eacuteteacute placeacute pour reacutecupeacuterer lrsquointeacutegraliteacute du rayon
Pour un DVD les lois srsquoapplique de la mecircme maniegravere bien qursquoil y ait 2 couches delecture La seconde couche fonctionne pareil que celle du CD classique alors que lapremiegravere couche est semi-reacuteflechissante Selon la position de la lentille le faisceau nerevient pas avec exactement la mecircme puissance de ce fait les tensions varient Comme onconnaicirct les tensions recueillies par la reacuteflexion de la seconde couche celle de la premiegraveresont retrouveacutees tregraves aiseacutement
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b) Drsquoun systegraveme eacutelectrique aux donneacutees informatiques
Sur le scheacutema preacuteceacutedent la tension donneacutee dans le circuit eacutetait convertit sous formede donneacutees analogiques qui eacutetaient travailleacutees par un systegraveme de Haut-Parleur Eninformatique le proceacutedeacute drsquoanalogisme est utiliseacute qursquoen dernier recours car il contientbeaucoup trop drsquoerreur De ce fait les donneacutees restent sous leur forme numeacuterique
Comment ccedila marche A dire vrai le numeacuterique est un codage de donneacutees sous forme dechiffres binaires (0 et 1) On lrsquoa vu preacuteceacutedemment le signal lumineux eacutetait converti en tensioneacutelectrique Cette tension si elle est nulle correspondra agrave unlaquo 0 raquo et si elle est nettement supeacuterieure agrave 0 elle correspondra agravelaquo 1 raquo Attention le circuit eacutelectrique ne transmet pas de 0 ou de1 ce nrsquoest qursquoun codage logique pour faire correspondre lavision de lrsquohomme agrave lrsquoeacutemission drsquoimpulsions eacutelectriques En effetune impulsion correspond agrave une mise sous tension donc agravelaquo 1 raquo pas drsquoimpulsion eacutequivaut agrave tension nulle donc agrave laquo 0 raquo
c) Ecriture du disque
Un disque ne se fabrique pas par magie on le laquo grave raquoLe fait de graver est le mecircme que sur la roche on module unede couche de matiegravere pour y laisser des inscriptions Latechnique a certainement eacutevolueacute pour le CD depuis sonapparution mais le principe reste le mecircme
Un disque commercial (deacutejagrave graveacute) est fait avec la mecircmemeacutethode un laser a moduleacute une couche photosensible selon lecode drsquoeacutecriture binaire La couche a alors pris lrsquoallure de laquo creuxet de bosses raquo On a alors recouvert le tout drsquoune couchemeacutetallique qui a prit lrsquoempreinte de la couche preacuteceacutedente Cettecouche sert alors de laquo moule raquo pour le support en PCV dudisque Le support est agrave son tour mouleacute puis recouvert drsquoun filmdrsquoaluminium qui servira pour la reacuteflexion de la lumiegravere (cf voirscheacutema ci-contre) Pour DVD la technique est la mecircme agrave partque la premiegravere couche est toujours semi-reacutefleacutechissante
De nos jours le systegraveme a un peu eacutevolueacute mecircme si les CD commerciaux sont toujoursgraveacutes de la mecircme maniegravere (mecircme si apregraves correction de deacutefaut la platine drsquoaluminium aeacuteteacute emprisonneacutee dans le PVC) Lrsquoeacutevolution se remarque du fait que lrsquoon peut graver nousmecircme nos propres CD (-R ou -RW) et mecircme nos DVD (plusmnR plusmnRW ou RAM) le tout gracircce agrave unpetit appareil le graveur Il ne reacutepond plus au mecircme systegraveme que preacuteceacutedemment mais ilfait tout de mecircme un aussi bon travail que son aicircneacute
En conclusion la lumiegravere pour un CD ou DVD nrsquoa qursquoun rocircle tregraves mineur elle sert agravereacuteveacuteler une empreinte poseacutee sur une laquo suite de miroir raquo placeacutes agrave deux niveaux diffeacuterentsComme lrsquoutilisation de la lumiegravere est plutocirct simpliste il convient mieux drsquoappliquer les lois deDescartes et dont le modegravele ondulatoire plutocirct que drsquoappliquer un modegravele complexe qursquoest lecorpusculaire
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Conclusion
Durant toute cette eacutetude on a vu de plusieurs modegraveles de la lumiegravere ceux-ci nousaidant agrave mieux comprendre son utilisation pour la technologie moderne de transfert et destockage de lrsquoinformation
La lumiegravere elle-mecircme nrsquoa qursquoun faible rocircle on lrsquoa vu par lrsquointermeacutediaire du CD Sonrocircle est de reacuteveacuteleacute une empreinte sur une surface reacutefleacutechissante moduleacutee le tout seratranscris de sorte qursquoon puisse srsquoen resservir sous une autre forme Si la surface nrsquoest pasmoduleacutee crsquoest que crsquoest le rayon lui-mecircme qui est moduleacute sous forme drsquoimpulsion tel quenous lrsquoavons vue dans le cas de la fibre optique
Les deux modegraveles eacutetablis de la lumiegravere ont eacuteteacute veacuterifieacutes comme eacutetant valable selon lesutilisations qursquoon a de la lumiegravere auquel cas on observera deux situations diffeacuterentes
- Drsquoune part le modegravele corpusculaire qui permet drsquoexpliquer beaucoup de chose surla lumiegravere notamment son deacuteplacement chaotique dans la fibre optique
- Drsquoautre part le model ondulatoire qui lui plus simple que le preacuteceacutedent permet desrsquointeacuteresser agrave un cas bien particulier de la lumiegravere lorsque celle-ci est assimileacute agraveun rayon circulant en ligne droite
Par conseacutequent on peut dire que la lumiegravere ne stocke pas la lumiegravere mais ne sertqursquoagrave la faire transmettre drsquoun support agrave un autre tels que du CD vers lrsquoinformatique ou drsquouneacutemetteur agrave un reacutecepteur en passant par la fibre optiqueLa lumiegravere est donc un eacuteleacutement indispensable au bon deacuteveloppement de la civilisationhumaine tant au niveau des conditions de vie que du deacuteveloppement technologique
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LEXIQUE
Tous les termes importants employeacutes dans le dossier sont reacutepertorieacutes ici avec leur deacutefinition
Analogique se dit drsquoun signal qui geacuteneacuteralement et contrairement au numeacuterique estextrecircmement complexe mais pour un mecircme flux de donneacutees brutes on observe que latotaliteacute des informations est deacutejagrave passeacute alors que en numeacuterique ccedila demande beaucoup plusde flux
CD et DVD (Compact Disk et Digital Versatile Disk) sont les sigles qui deacutesignent le DisqueLaser et le Disque Digitale agrave Multifonction Ces disques ont remplaceacutes le vieux disquemagneacutetique Vinyle la bande cassette magneacutetique sonore ou videacuteo De nos jours ce sontdes produits de haute consommation tout ce qursquoil y a de plus classique Toutefois ils sontameneacutes agrave disparaicirctre remplaceacutes par leur successeur le HQ-DVD (High Quality DVD) ouBlue Ray Disk celui-ci eacutetant baseacute sur le principe drsquoun laser bleu donc drsquoune lumiegraveremonochromatique agrave plus faible longueur drsquoonde et par conseacutequent les creux et bosses dudisque peuvent ecirctre beaucoup plus nombreux drsquoougrave un gain eacutenorme de place
Ceacuteleacuteriteacute dune onde est sa vitesse de propagation Celle de la lumiegravere la plus connue estde 300 000 kms-1
Champ eacutelectromagneacutetique est le concept central de leacutelectromagneacutetisme On le conccediloitsouvent comme composition des deux champs vectoriels que lon peut mesurerindeacutependamment le champ eacutelectrique E et le champ magneacutetique B Mais ces deux champsne sont pas seacuteparables
Electroscope Appareil qui permet de deacutetecter une charge eacutelectrique
Freacutequence drsquoonde La freacutequence dun pheacutenomegravene est le nombre de cycles qui seproduisent durant une seconde Luniteacute de la freacutequence est lrsquoHertz (Hz) Le courant alternatifqui alimente nos appareils eacutelectriques a une freacutequence de 50 Hz Cela signifie que leseacutelectrons qui creacuteent le courant changent de direction 20 fois par seconde
Fibre optique Tregraves mince fil de verre (tregraves fragile) permettant de transporter de linformationsous la forme dimpulsions lumineuses
Infrarouge Lumiegravere situeacutee au-delagrave du rouge dans le spectre des couleurs Alors que cettelumiegravere nest pas visible aux yeux humains les eacutemetteurs et les reacutecepteurs infrarougespeuvent envoyer et recevoir des signaux infrarouges
Interfeacuterence Superposition et somme algeacutebrique conseacutequente de deux ondes dunpheacutenomegravene physique vibratoire Linterfeacuterence se manifeste dans les teacuteleacutecommunications enoptique en acoustique et plus geacuteneacuteralement lorsquon a une propagation deacutenergie de typeondulatoire
Longueur drsquoonde est la distance entre deux cycles conseacutecutifs de londe
Lumiegravere polychromatique lumiegravere composeacutee de radiations de longueurs drsquoondesdiffeacuterentes La lumiegravere laquo blanche raquo est une lumiegravere polychromatique
Monochromatique lumiegravere composeacutee drsquoune radiation (de freacutequence deacutefinie) Un laser He-Ne eacutemet une lumiegravere monochromatique
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N indice caracteacuterisant le milieu dans lequel la lumiegravere se propage
Numeacuterique le numeacuterique est un codage extrecircmement simple mais tregraves encombrant Il secompose drsquoune longue chaicircne de laquo 0 raquo et laquo 1 raquo nommeacute bit Tous les 4x bits (ougrave X est unentier naturel) on a un mot En theacuteorie informatique il faut 8 bits pour former un Octet (uniteacutede donneacutees informatiques en anglais crsquoest le Byte) En pratique il faut exactement 8 bitsdrsquoinformation reacuteelle et 2 bits de correction drsquoerreur
Onde Une onde a la faculteacute de transporter de leacutenergie dun point agrave un autre sans quil y aittransfert de matiegravere
Photon est un concept utiliseacute pour repreacutesenter les interactions entre les rayonnementseacutelectromagneacutetiques (notamment la lumiegravere les ultraviolets et les rayons X) et la matiegravere
Spectre une lumiegravere est une somme de lumiegraveres simples de freacutequences et dintensiteacutesdiffeacuterentes La relation entre ces freacutequences et la luminositeacute qui leur correspond sappelle unspectre
plusmnR plusmnRW RAM -R -RW il srsquoagit de norme de gravure Pour CD on parle de CD-R ou CD-RW R correspondant agrave enregistrable (recordable en anglais) et RW agrave reacuteinscriptible(rewritable en anglais) Cette norme srsquoapplique pareil aux DVD agrave un seul deacutetail le + ou le ndashqui lui diffeacuterencie en fait juste le format de Philips(+) de celui de Sony (-) ce qui laisse sous-entendre un proceacutedeacute de gravure diffeacuterent sur quelques points La norme RAM est valableque pour DVD il srsquoagit drsquoun type de disque qui peut-ecirctre compareacute agrave une disquettemagneacutetique car ccedila dureacutee de vie est sensiblement la mecircme en ce qui concerne la reacuteeacutecriture
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BibliographieLivres
Encyclopeacutedie Universalis ndash La lumiegravere
Manuel scolaire Physique Terminale S Didier ndash Programme 1995
Articles de peacuteriodiques
Science et vie junior ndash Hors seacuterie ndeg53
Courrier International ndeg616
Science et vie junior ndeg151
Cahier de science et vie ndeg65
Cleacutes de lrsquoactualiteacute ndeg269
Science et vie ndeg928
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg186
La recherche ndeg216
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg150
Sites Internet
httpwwwsennheiserfrpagephppg=technologietransmissionif
httppedagogieac-
montpellierfrDisciplinesscphysiquesSP30BTS20IRISTransmission20du20signalpdf
httpwwwnew-sngcomnorteldisc1_fcfm
httplullyasarizonaedu~hdolethesethese_hdole_htmlnode5html
httplocochenettransmission_donneesphp
httpwwwlkbensfr~jacquierDESSOptionBhtml
httplasiruniv-lille1frpagesSpectrometrie_Infrarougehtml
httpwwwjbaumannchjbinformatiquewifihtml
httpwwwjautomatisecomWhiteCommunicationWPCuivrehtm
httpwwwwikipediacom
httpwwwfutura-sciencescom
httppersowanadoofrguychaumeton
httpwwwalluphysicsDownloadsPremiC3A8reCours20polycopiC3A9sEffet2
0photoC3A9lectriquepdf
Et beaucoup de connaissances personnelles en ce qui concerne lrsquoinformatique
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Par ailleurs la longueur drsquoonde deacutepend du milieu de propagation Ce milieu depropagation est propre agrave chaque milieu transparent On le deacutefini par lrsquoindice n Crsquoest unnombre sans dimension deacutefini pour une lumiegravere monochromatique de freacutequence donneacutee parle rapport entre la ceacuteleacuteriteacute c de la radiation dans le vide et sa ceacuteleacuteriteacute v dans le milieuconsideacutereacute deacutefini par la relation
n =vc
Par exemple lrsquoindice de lrsquoair est voisin de 1 et celui de lrsquoeau de 133Lorsque le rayon lumineux passe drsquoun milieu n1 agrave un milieu n2 il peut subir une
diffraction ouet une reacuteflexion cela deacutepend de la densiteacute de chaque milieu Lrsquoeacutetude de ladiffraction de la lumiegravere est rendue possible gracircce aux lois de Descartes connue pour saformule
n1sini = n2sinr avec i rayon incidentr rayon reacutefracteacuten1 indice du milieu 1n2 indice du milieu 2
Les lumiegraveres monochromatiques et polychromatiques
Une lumiegravere monochromatique est une radiation de freacutequence deacutefinie fixeacutee par lasource La lumiegravere drsquoun laser est une lumiegravere dite monochromatique Elle a une longueurdrsquoonde dans le vide avoisinant nm86320 asympλ
Une lumiegravere polychromatique est constitueacutee de radiations de freacutequences diffeacuterentesLa lumiegravere blanche est constitueacutee drsquoune infiniteacute de variations La lumiegravere eacutemise par unelampe agrave vapeur de mercure est aussi une lumiegravere polychromatique (constitueacutee de radiationsrouges jaunes vertes bleues et violettes Le spectre de la lumiegravere provenant de la lampe agravevapeurs de mercure est exposeacute ci-dessous
Rappel Un spectre eacutemis par la lumiegravere qui est la conseacutequence de lrsquoexcitation drsquoatomes demercure gracircce agrave des deacutecharges eacutelectriques Ainsi le gaz agrave faible pression et agrave tempeacuteratureeacuteleveacutee eacutemet une lumiegravere constitueacutee drsquoun nombre limiteacute de radiations crsquoest un spectre deraies
Avec n indice du milieuC vitesse de la lumiegravere dans le vide en ms-1
V vitesse de la lumiegravere dans le milieu en ms-1
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b) Le modegravele ondulatoire
Le premier homme agrave exposer cette theacuteorie fut le grand physicien neacuteerlandaisHuygens En effet vers 1690 Huygens publia une theacuteorie de la lumiegravere en partant de lrsquoideacuteeque la propagation de celle-ci pouvait ecirctre assimileacutee agrave celle des ondes agrave la surface de lrsquoeau
Il proposa qursquoun faisceau de lumiegravere agrave bords parallegraveles et rectilignes corresponde agraveune propagation drsquoondes suivant une direction donneacutee les rayons lumineux sont alors deslignes fictives perpendiculaires aux fronts drsquoonde et deacutefinissant la direction de propagationde lrsquoonde
Ce modegravele est donc utiliseacute car il permet de rendre compte de nombreusesexpeacuteriences et de les expliquer notamment les pheacutenomegravenes de diffraction et de reacuteflexionInteacuteressons-nous deacutesormais agrave la lumiegravere en tant qursquoonde eacutelectromagneacutetique
La lumiegravere est une onde eacutelectromagneacutetique Pour bien comprendre ce conceptdrsquoeacutelectromagneacutetisme il est neacutecessaire de rappeler briegravevement certaines conceptions
Tout drsquoabord nous vivons en permanence dans un champ eacutelectromagneacutetique lui-mecircme creacutee par la preacutesence de particules chargeacutees (toute particule chargeacutee creacutee un champeacutelectrique) et par le deacuteplacement de ces particules (le courant eacutelectrique creacutee un champmagneacutetique comme par exemple celui de la Terre) Pour simplifier on peut comparer unchamp eacutelectromagneacutetique agrave une eacutetendue drsquoeau En effet si lon jette un caillou agrave la surfacede lrsquoeau on peut observer des vagues Ces vagues sont des perturbations qui se propagentcest-agrave-dire des ondes
La lumiegravere est une perturbation du champ eacutelectromagneacutetique qui se deacuteplace Crsquoest cequi lui donne la proprieacuteteacute de pouvoir se deacuteplacer dans le vide (dans le vide il existe aussi unchamp eacutelectromagneacutetique) La lumiegravere perturbation du champ eacutelectromagneacutetique sedeacuteplace agrave la vitesse c = 300 x108 ms-1 dans lrsquoair et le vide
Enfin la lumiegravere nrsquoest pas le seul reacutesultat de la perturbation drsquoun champeacutelectromagneacutetique Il en existe plein drsquoautres pas forceacutement visible par lrsquoœil humain lesrayons X les ondes radio les rayons Gamma
Les fentes de Young
Les fentes de Young sont lobjet duneexpeacuterience reacutealiseacutee en 1802 par ThomasYoung qui vise agrave deacutemontrer le caractegravereondulatoire de la lumiegravere Lors de cetteexpeacuterience la lumiegravere doit en traversantdeux fentes parallegraveles de mecircme dimensionsproduire un ensemble de franges
On utilise donc une source de lumiegraveremonochromatique (un laser) et on pose agrave lasortie de cette source une plaque bloquantle passage de la lumiegravere composeacutee de deuxfentes parallegraveles verticales et de mecircmesdimensions
On observe alors sur lrsquoeacutecran unefigure complexe une figure de diffractionscomposeacutees en intermittence de zonessombres et de zones lumineuses ougraveparvient la lumiegravere du laser provenant desdeux fentes
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Ci-dessous un exemple de deux rayons parvenant au mecircme endroit
Pour arriver au point x de lrsquoeacutecran les deuxrayons parcourent une distance qui diffegravere de
auml = [Dsup2 + (x+ d2)sup2] - [Dsup2 + (x d2)sup2 xdr dsinegrave
La figure de diffraction est due au fait quecertaines ondes srsquoannihilent et creacuteeacutees ainsi deszones noires qui se traduisent par lesinterfeacuterences visibles dans la figure de diffraction
On peut donc parler drsquoun comportementondulatoire de la lumiegravere
c) Le modegravele corpusculaire
Au deacutebut des recherches sur la nature de la lumiegravere (aussi bien au XVIIe siegravecle quedans lrsquoantiquiteacute) le modegravele corpusculaire put ecirctre consideacutereacute comme bon en fonction desreacutesultats expeacuterimentaux de lrsquoeacutepoque
On imaginait des corpuscules analogues aux corps mateacuteriels que nous connaissonsmais eacutevidemment beaucoup plus petits pour Isaac NEWTON (1704) notamment un rayonlumineux serait alors simplement la trajectoire des grains de lumiegravere qui passent agrave tregravesgrande vitesse par un point donneacute suivant une direction donneacutee ces grains de lumiegravere sontappeleacutes photons
De plus ce modegravele peut aussi expliquer les pheacutenomegravenes de reacuteflexion et de reacutefractionde la lumiegravere En effet la reacuteflexion de la lumiegravere peut srsquoexpliquer par le rebondissement debilles eacutelastiques sur une surface rigide comme lrsquoa sciemment deacutemontreacute Descartes
Il tenta drsquoexpliquer aussi la reacutefraction par analogie avec ce qui se passe quand une balleest lanceacutee avec une raquette contre une toile (ou une feuille de papier) tellement fine quela balle peut passer agrave travers en rompant cet obstacle Le meacuterite de Descartes est drsquoavoirmontreacute que la reacutefraction est un pheacutenomegravene lieacute agrave un changement de vitesse de propagationde la lumiegravere Neacuteanmoins quand ces corpuscules sont ralentis en peacuteneacutetrant dans le secondmilieu ils devraient srsquoeacutecarter de la normale Mais puisque la lumiegravere se rapproche de lanormale en passant de lrsquoair dans le verre il fallait en conclure que drsquoapregraves ce modegravele lavitesse de la lumiegravere est plus grande dans le verre que dans lrsquoair ou encore que la vitesse dela lumiegravere est supeacuterieure dans les milieux plus reacutefringents comme si ces particules eacutetaientattireacutees par celles du milieu
Une autre difficulteacute rencontreacutee par ce modegravele est lrsquoobservation suivant laquelle deuxrayons lumineux peuvent srsquoentrecroiser sans avoir drsquoeffet lrsquoun sur lrsquoautre cette proprieacuteteacute nesrsquoexplique pas facilement au moyen du modegravele corpusculaire puisqursquoil faudrait admettre queles laquo particules de lumiegravere raquo devraient se rencontrer sans subir la moindre collision mecircmequand il y en a beaucoup crsquoest agrave dire quand la lumiegravere est intense
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Expeacuterience drsquoHertz
Lrsquoexpeacuterience a eacuteteacute reacutealiseacuteedans le but de comprendre lrsquoaspectcorpusculaire de la lumiegravere (lesphotons) mais a eacutechoueacute pour desraisons que nous ignorons Lesobservations faites ne sont donc pasconformes agrave lrsquoexpeacuterience
Nous aurions du en theacuteorieobserver avec une source de lumiegravere(lampe agrave mercure agrave lrsquoeacutetat gazeux)
- lorsque la plaque de zinc et lrsquoeacutelectroscope sont chargeacutes neacutegativement lrsquoaiguillede lrsquoeacutelectroscope est deacutevieacute a un angle drsquoenviron 25deg puis on eacuteclaire la plaque de zinc etlrsquoeacutelectroscope se deacutecharge (lrsquoaiguille retourne a son eacutetat premier)
On peut alors dire que la lumiegravere semble provoquer le deacutechargement des eacutelectronsde lrsquoaiguille
- lorsque lrsquoeacutelectroscope et la plaque de zinc sont chargeacutes neacutegativement et qursquooninterpose une plaque de verre entre la source de lumiegravere et la plaque de zinc lrsquoaiguille delrsquoeacutelectroscope ne bouge pas On enlegraveve alors la plaque de verre et on observe quelrsquoeacutelectroscope se deacutecharge
On peut maintenant affirmer que crsquoest la lumiegravere qui provoque le deacutechargement delrsquoeacutelectroscope (chargeacute neacutegativement)
- lorsque lrsquoeacutelectroscope et la plaque de zinc sont chargeacutes positivement onnrsquoobserve aucun changement que la plaque de zinc soit eacuteclaireacutee ou non
On peut alors dire que cet effet de la lumiegravere nrsquoa drsquoeffet que lorsque la laquo cible raquo estchargeacutee neacutegativement
On peut conclure cette expeacuterience en disant que la lumiegravere permet drsquoextraire lescharges neacutegatives (les eacutelectrons) du meacutetal On parle drsquoeffet photoeacutelectrique de la lumiegravereTous les comportements de la lumiegravere ne sont donc pas explicables par lrsquoun ou lrsquoautremodegravele ondulatoire ou corpusculaire il nrsquoy a pas de modegravele unique La lumiegravere se comportetantocirct comme une onde tantocirct comme des particules
Le modegravele ondulatoire permet de preacutevoir si beaucoup ou peu de lumiegravere arrive agrave un endroitdonneacute il est efficace pour comprendre la propagation de la lumiegravere dans lrsquoespace De plusle modegravele corpusculaire est efficace pour expliquer les eacutechanges drsquoeacutenergie entre matiegravere etlumiegravere on dit qursquoelle a un comportement quantique
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II LA TRANSMISSION DES DONNEES PAR LA LUMIERE
a) La transmission
Pour que la transmission de donneacutees puisse seacutetablir il doit exister une lignephysique un signal radio eacutelectrique ou lumineux appeleacutee aussi voie de transmission oucanal entre les deux machines Ces voies de transmission sont constitueacutees de plusieurstronccedilons permettant de faire circuler les donneacutees sous forme dondes eacutelectromagneacutetiqueseacutelectriques lumineuses ou mecircme acoustiques On a donc un pheacutenomegravene vibratoire qui sepropage sur le support physique Il en reacutesulte un signal ondulatoire deacutependant de la grandeurphysique que lon fait varier dans le cas de la lumiegravere il sagit dune onde lumineuse
Les ondes sont caracteacuteriseacuteespar leur freacutequence leur amplitude etleur phase
Le principe de la transmission
Pour une transmissiondonneacutee sur une voie decommunication entre deux machinesla communication peut seffectuer dediffeacuterentes maniegraveres Latransmission est caracteacuteriseacutee par
bull le sens des eacutechangesbull le mode de transmission il sagit du nombre de bits envoyeacutes simultaneacutementbull la synchronisation il sagit de la synchronisation entre eacutemetteur et reacutecepteur
Nous utiliserons plusieurs exemples qui permettent de transmettre la lumiegravere
b) La fibre optique
Trois eacuteleacutements essentiels
bull Emetteur diode laserbull Support de transmission fibre optiquebull Reacutecepteur photo-deacutetecteur
De faccedilon tregraves scheacutematique le laser convertit un signal eacutelectrique issu dun appareil decommunication (teacuteleacutephone ordinateur) en un signal optique Ce signal optique estachemineacute par la fibre jusquau deacutetecteur qui fait lopeacuteration inverse du laser cest agrave dire quilconvertit un signal optique en un signal eacutelectrique
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Le laser et le photo-deacutetecteur sont tout deux muni drsquoun circuit imprimeacute (ou puce) quisert agrave transformer les eacutelectrons en photon ou les photons en eacutelectron Nous utilisons le lasercomme source de lumiegravere car leacutenergie de son faisceau est beaucoup plus eacuteleveacutee que cellede nimporte quelle source classique car le laser eacutemet une lumiegravere monochromatique Unelampe peut ecirctre aussi lumineuse quun laser mais contrairement au laser elle eacutemet sur toutesles longueurs dondes
Les fibres optiques ont dabord eacuteteacute utiliseacutees pour faire de
limagerie essentiellement dans le domaine meacutedical
(endoscopie) Lideacutee dutiliser des fibres optiques pour
transmettre de linformation est apparue au deacutebut des anneacutees
60 avec lapparition du laser Neacuteanmoins un effort
consideacuterable devrait ecirctre fait pour reacuteduire les pertes des fibres
qui ne permettaient quune propagation dun signal sur une
distance tregraves reacuteduite typiquement quelques megravetres
Composition dune fibre
- Un noyau (ou cœur) qui veacutehicule lalumiegravere- Une gaine optique qui confine lalumiegravere dans le noyau- Une couche de substrat (parfois) quiaugmente la reacutesistance meacutecanique- Un revecirctement primaire premiegraverecouche de protection meacutecanique
- Un revecirctement secondaire couche exteacuterieure de protection meacutecanique
Photo dune fibre optiquestandard
Teacuteleacutephone(Blablabla)
LASERPHOTO-
DETECTEUR
Teacuteleacutephone(Blablabla)
Signaleacutelectrique
Fibreoptique
Impulsionslumineuses Signal
eacutelectrique
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Les fibres sont identifieacutees par le diamegravetre de leur noyau et le diamegravetre de leur gaine optiquevaleurs donneacutees en micromegravetres (microm) Les fibres optiques sont constitueacutees de deux milieuxdindices optiques diffeacuterents
- Dun coeur (noyau) dindice optique n1- Dune gaine dindice optique n2
Tel que n1 gt n2
De ce fait les rayons lumineux peuvent ecirctre reacutefleacutechis en passant drsquoune gaine agrave lrsquoautre
Pour quun rayon soit guideacute ilfaut que celui-ci soit reacutefleacutechi agravelinterface coeurgaine de la fibre cequi impose une condition sur langledincidence du rayon sur la facedentreacutee de la fibre
c) Lrsquoinfrarouge
La transmission de donneacutees par infrarouge est une technologie reacutecente Uneteacuteleacutecommande est lexemple le plus simple de communication infrarouge
Les infrarouges ne sont pas affecteacutes par les perturbations eacutelectromagneacutetiques Unverrouillage de la freacutequence et un filtrage de la lumiegravere du jour augmentent la fiabiliteacute dusystegraveme
La transmission doit se faire en ligne droite (sans obstacle) mais la dispersion dusignal infrarouge autorise une toleacuterance importante dans lalignement La transmission parinfrarouge permet drsquoutiliser la lumiegravere pour transmettre des donneacutees La transmission parinfrarouge offre une seacutecuriteacute bien plus grande que les autres techniques de transmission Enrevanche le deacutebit est bien plus reacuteduit Il srsquoeacutetend de 1 agrave 2 meacutega octets par seconde (Mos)Unsystegraveme infrarouge comprend trois eacuteleacutements leacutemetteur le diffuseur (parfois ces deuxeacuteleacutements sont combineacutes) et le reacutecepteur
Leacutemetteur achemine le signal audio au diffuseur qui effectue sa conversion enrayonnement infrarouge Le reacutecepteur deacutecode le signal infrarouge et restaure le signal audiooriginal qui peut ecirctre eacutecouteacute sur un casque ou des eacutecouteurs steacutethoscopiques Latransmission infrarouge implique que le reacutecepteur reste agrave porteacutee optique de leacutemetteur Latechnique infrarouge permet eacutegalement la confidentialiteacute des transmissions
Il est possible gracircce agrave la technologie infrarougedobtenir des deacutebits allant de 1 agrave 2 Mos en utilisant unemodulation appeleacute PPM (pulse position modulation)
Gaine optique
Cœur
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La modulation PPM consiste agrave transmettre des impulsions agrave
amplitude constante et agrave coder linformation suivant la position de
limpulsion Le deacutebit de 1 Mos est obtenu avec une modulation de
16-PPM tandis que le deacutebit de 2 Mos est obtenu avec une
modulation 4-PPM permettant de coder deux bits de donneacutees avec
4 positions possibles (ci-contre)
d) Lrsquoœil
Loeil par exemple est un deacutetecteur qui convertit une image en un signal nerveux
achemineacute par le nerf optique Un deacutetecteur optique (ou photodeacutetecteur) convertit un signal
optique en un signal eacutelectrique
Conclusion
LInternet de lavenir aura de plus en plus recours aux fibres optiques - des fils de
verre ou de plastique aussi minces voire de diamegravetre plus petit quun cheveu humain qui
transmettent linformation au moyen de photons des eacuteleacutements entrant dans la composition
de la lumiegravere La transparence de la fibre et la couche de verre tregraves reacutefleacutechissante qui
entoure la fibre permettent agrave la lumiegravere de poursuivre sa route avec pratiquement aucune
perte de signal En conseacutequence la technologie de la fibre optique permet agrave dimportantes
quantiteacutes de donneacutees de franchir en toute fiabiliteacute de grandes distances agrave des vitesses tregraves
eacuteleveacutees
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III Le Stockage de lrsquoinformation par la lumiegravere
Un exemple simple le Compact Disk (CD) et le Digital Versatile Disk (DVD)
La lumiegravere bien pratique agrave toutesnos utilisations est rentreacutee peu agrave peudans lrsquoeacutelectronique et plus preacuteciseacutementdans lrsquoeacutelectro-informatique
Nous eacutetudierons ici la lumiegravere entant que porteuse de donneacutees et nousassimilerons la surface optique du CD agraveune surface composeacutee drsquoun tregraves grandnombre de miroirs nanoscopique (dontnous deacutefinirons la taille plus tard) Ce quinous inteacuteresse ici crsquoest de parler dumodegravele ondulatoire de la lumiegravere car crsquoestbien sur ce modegravele qui explique les lois deDescartes qui est utiliseacutees dans leprocessus de lecture du disque
a) Drsquoun systegraveme optique agrave un systegraveme eacutelectrique
On consideacuterera que le CDDVD estcomposeacute drsquoune multitude de creux et debosses le tout recouvert drsquoune couchedrsquoaluminium tregraves fine qui servira dereacuteflecteur
Les creux seront appeleacutes par la suitelaquo microcuvettes raquo et les bosses la surfacelaquo normale raquo du CD
Sur le scheacutema ci-contre une diode lasereacutemet un rayon qui traverse une lame semi-reacutefleacutechissante Ce rayon va laquo frapper la surface du disque Ici on a deux possibiliteacutes
- Drsquoune part le laser rencontre une bosse au quel cas le rayon est reacutefleacutechinaturellement au quel cas il retourne sur la lame semi-reacutefleacutechissante pour aller laquo taper raquo unphotoreacutecepteur La tension marqueacutee est dite forte car elle est supeacuterieur nettement agrave 0
- Drsquoautre part le laser rencontre une microcuvette au quel cas le rayon estcomplegravetement reacutefleacutechi mais dans tous les sens possibles de ce fait le rayon restant pouraller laquo taper raquo le photoreacutecepteur est trop faible la tension marqueacutee est sensiblement nulle
Crsquoest gracircce aux lois de Descartes si le rayon arrive jusqursquoau photoreacutecepteur En effetsi on ne connaissait pas la trajectoire du rayon apregraves avoir tapeacute la surface du disque riennrsquoaurait eacuteteacute placeacute pour reacutecupeacuterer lrsquointeacutegraliteacute du rayon
Pour un DVD les lois srsquoapplique de la mecircme maniegravere bien qursquoil y ait 2 couches delecture La seconde couche fonctionne pareil que celle du CD classique alors que lapremiegravere couche est semi-reacuteflechissante Selon la position de la lentille le faisceau nerevient pas avec exactement la mecircme puissance de ce fait les tensions varient Comme onconnaicirct les tensions recueillies par la reacuteflexion de la seconde couche celle de la premiegraveresont retrouveacutees tregraves aiseacutement
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b) Drsquoun systegraveme eacutelectrique aux donneacutees informatiques
Sur le scheacutema preacuteceacutedent la tension donneacutee dans le circuit eacutetait convertit sous formede donneacutees analogiques qui eacutetaient travailleacutees par un systegraveme de Haut-Parleur Eninformatique le proceacutedeacute drsquoanalogisme est utiliseacute qursquoen dernier recours car il contientbeaucoup trop drsquoerreur De ce fait les donneacutees restent sous leur forme numeacuterique
Comment ccedila marche A dire vrai le numeacuterique est un codage de donneacutees sous forme dechiffres binaires (0 et 1) On lrsquoa vu preacuteceacutedemment le signal lumineux eacutetait converti en tensioneacutelectrique Cette tension si elle est nulle correspondra agrave unlaquo 0 raquo et si elle est nettement supeacuterieure agrave 0 elle correspondra agravelaquo 1 raquo Attention le circuit eacutelectrique ne transmet pas de 0 ou de1 ce nrsquoest qursquoun codage logique pour faire correspondre lavision de lrsquohomme agrave lrsquoeacutemission drsquoimpulsions eacutelectriques En effetune impulsion correspond agrave une mise sous tension donc agravelaquo 1 raquo pas drsquoimpulsion eacutequivaut agrave tension nulle donc agrave laquo 0 raquo
c) Ecriture du disque
Un disque ne se fabrique pas par magie on le laquo grave raquoLe fait de graver est le mecircme que sur la roche on module unede couche de matiegravere pour y laisser des inscriptions Latechnique a certainement eacutevolueacute pour le CD depuis sonapparution mais le principe reste le mecircme
Un disque commercial (deacutejagrave graveacute) est fait avec la mecircmemeacutethode un laser a moduleacute une couche photosensible selon lecode drsquoeacutecriture binaire La couche a alors pris lrsquoallure de laquo creuxet de bosses raquo On a alors recouvert le tout drsquoune couchemeacutetallique qui a prit lrsquoempreinte de la couche preacuteceacutedente Cettecouche sert alors de laquo moule raquo pour le support en PCV dudisque Le support est agrave son tour mouleacute puis recouvert drsquoun filmdrsquoaluminium qui servira pour la reacuteflexion de la lumiegravere (cf voirscheacutema ci-contre) Pour DVD la technique est la mecircme agrave partque la premiegravere couche est toujours semi-reacutefleacutechissante
De nos jours le systegraveme a un peu eacutevolueacute mecircme si les CD commerciaux sont toujoursgraveacutes de la mecircme maniegravere (mecircme si apregraves correction de deacutefaut la platine drsquoaluminium aeacuteteacute emprisonneacutee dans le PVC) Lrsquoeacutevolution se remarque du fait que lrsquoon peut graver nousmecircme nos propres CD (-R ou -RW) et mecircme nos DVD (plusmnR plusmnRW ou RAM) le tout gracircce agrave unpetit appareil le graveur Il ne reacutepond plus au mecircme systegraveme que preacuteceacutedemment mais ilfait tout de mecircme un aussi bon travail que son aicircneacute
En conclusion la lumiegravere pour un CD ou DVD nrsquoa qursquoun rocircle tregraves mineur elle sert agravereacuteveacuteler une empreinte poseacutee sur une laquo suite de miroir raquo placeacutes agrave deux niveaux diffeacuterentsComme lrsquoutilisation de la lumiegravere est plutocirct simpliste il convient mieux drsquoappliquer les lois deDescartes et dont le modegravele ondulatoire plutocirct que drsquoappliquer un modegravele complexe qursquoest lecorpusculaire
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Conclusion
Durant toute cette eacutetude on a vu de plusieurs modegraveles de la lumiegravere ceux-ci nousaidant agrave mieux comprendre son utilisation pour la technologie moderne de transfert et destockage de lrsquoinformation
La lumiegravere elle-mecircme nrsquoa qursquoun faible rocircle on lrsquoa vu par lrsquointermeacutediaire du CD Sonrocircle est de reacuteveacuteleacute une empreinte sur une surface reacutefleacutechissante moduleacutee le tout seratranscris de sorte qursquoon puisse srsquoen resservir sous une autre forme Si la surface nrsquoest pasmoduleacutee crsquoest que crsquoest le rayon lui-mecircme qui est moduleacute sous forme drsquoimpulsion tel quenous lrsquoavons vue dans le cas de la fibre optique
Les deux modegraveles eacutetablis de la lumiegravere ont eacuteteacute veacuterifieacutes comme eacutetant valable selon lesutilisations qursquoon a de la lumiegravere auquel cas on observera deux situations diffeacuterentes
- Drsquoune part le modegravele corpusculaire qui permet drsquoexpliquer beaucoup de chose surla lumiegravere notamment son deacuteplacement chaotique dans la fibre optique
- Drsquoautre part le model ondulatoire qui lui plus simple que le preacuteceacutedent permet desrsquointeacuteresser agrave un cas bien particulier de la lumiegravere lorsque celle-ci est assimileacute agraveun rayon circulant en ligne droite
Par conseacutequent on peut dire que la lumiegravere ne stocke pas la lumiegravere mais ne sertqursquoagrave la faire transmettre drsquoun support agrave un autre tels que du CD vers lrsquoinformatique ou drsquouneacutemetteur agrave un reacutecepteur en passant par la fibre optiqueLa lumiegravere est donc un eacuteleacutement indispensable au bon deacuteveloppement de la civilisationhumaine tant au niveau des conditions de vie que du deacuteveloppement technologique
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LEXIQUE
Tous les termes importants employeacutes dans le dossier sont reacutepertorieacutes ici avec leur deacutefinition
Analogique se dit drsquoun signal qui geacuteneacuteralement et contrairement au numeacuterique estextrecircmement complexe mais pour un mecircme flux de donneacutees brutes on observe que latotaliteacute des informations est deacutejagrave passeacute alors que en numeacuterique ccedila demande beaucoup plusde flux
CD et DVD (Compact Disk et Digital Versatile Disk) sont les sigles qui deacutesignent le DisqueLaser et le Disque Digitale agrave Multifonction Ces disques ont remplaceacutes le vieux disquemagneacutetique Vinyle la bande cassette magneacutetique sonore ou videacuteo De nos jours ce sontdes produits de haute consommation tout ce qursquoil y a de plus classique Toutefois ils sontameneacutes agrave disparaicirctre remplaceacutes par leur successeur le HQ-DVD (High Quality DVD) ouBlue Ray Disk celui-ci eacutetant baseacute sur le principe drsquoun laser bleu donc drsquoune lumiegraveremonochromatique agrave plus faible longueur drsquoonde et par conseacutequent les creux et bosses dudisque peuvent ecirctre beaucoup plus nombreux drsquoougrave un gain eacutenorme de place
Ceacuteleacuteriteacute dune onde est sa vitesse de propagation Celle de la lumiegravere la plus connue estde 300 000 kms-1
Champ eacutelectromagneacutetique est le concept central de leacutelectromagneacutetisme On le conccediloitsouvent comme composition des deux champs vectoriels que lon peut mesurerindeacutependamment le champ eacutelectrique E et le champ magneacutetique B Mais ces deux champsne sont pas seacuteparables
Electroscope Appareil qui permet de deacutetecter une charge eacutelectrique
Freacutequence drsquoonde La freacutequence dun pheacutenomegravene est le nombre de cycles qui seproduisent durant une seconde Luniteacute de la freacutequence est lrsquoHertz (Hz) Le courant alternatifqui alimente nos appareils eacutelectriques a une freacutequence de 50 Hz Cela signifie que leseacutelectrons qui creacuteent le courant changent de direction 20 fois par seconde
Fibre optique Tregraves mince fil de verre (tregraves fragile) permettant de transporter de linformationsous la forme dimpulsions lumineuses
Infrarouge Lumiegravere situeacutee au-delagrave du rouge dans le spectre des couleurs Alors que cettelumiegravere nest pas visible aux yeux humains les eacutemetteurs et les reacutecepteurs infrarougespeuvent envoyer et recevoir des signaux infrarouges
Interfeacuterence Superposition et somme algeacutebrique conseacutequente de deux ondes dunpheacutenomegravene physique vibratoire Linterfeacuterence se manifeste dans les teacuteleacutecommunications enoptique en acoustique et plus geacuteneacuteralement lorsquon a une propagation deacutenergie de typeondulatoire
Longueur drsquoonde est la distance entre deux cycles conseacutecutifs de londe
Lumiegravere polychromatique lumiegravere composeacutee de radiations de longueurs drsquoondesdiffeacuterentes La lumiegravere laquo blanche raquo est une lumiegravere polychromatique
Monochromatique lumiegravere composeacutee drsquoune radiation (de freacutequence deacutefinie) Un laser He-Ne eacutemet une lumiegravere monochromatique
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N indice caracteacuterisant le milieu dans lequel la lumiegravere se propage
Numeacuterique le numeacuterique est un codage extrecircmement simple mais tregraves encombrant Il secompose drsquoune longue chaicircne de laquo 0 raquo et laquo 1 raquo nommeacute bit Tous les 4x bits (ougrave X est unentier naturel) on a un mot En theacuteorie informatique il faut 8 bits pour former un Octet (uniteacutede donneacutees informatiques en anglais crsquoest le Byte) En pratique il faut exactement 8 bitsdrsquoinformation reacuteelle et 2 bits de correction drsquoerreur
Onde Une onde a la faculteacute de transporter de leacutenergie dun point agrave un autre sans quil y aittransfert de matiegravere
Photon est un concept utiliseacute pour repreacutesenter les interactions entre les rayonnementseacutelectromagneacutetiques (notamment la lumiegravere les ultraviolets et les rayons X) et la matiegravere
Spectre une lumiegravere est une somme de lumiegraveres simples de freacutequences et dintensiteacutesdiffeacuterentes La relation entre ces freacutequences et la luminositeacute qui leur correspond sappelle unspectre
plusmnR plusmnRW RAM -R -RW il srsquoagit de norme de gravure Pour CD on parle de CD-R ou CD-RW R correspondant agrave enregistrable (recordable en anglais) et RW agrave reacuteinscriptible(rewritable en anglais) Cette norme srsquoapplique pareil aux DVD agrave un seul deacutetail le + ou le ndashqui lui diffeacuterencie en fait juste le format de Philips(+) de celui de Sony (-) ce qui laisse sous-entendre un proceacutedeacute de gravure diffeacuterent sur quelques points La norme RAM est valableque pour DVD il srsquoagit drsquoun type de disque qui peut-ecirctre compareacute agrave une disquettemagneacutetique car ccedila dureacutee de vie est sensiblement la mecircme en ce qui concerne la reacuteeacutecriture
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BibliographieLivres
Encyclopeacutedie Universalis ndash La lumiegravere
Manuel scolaire Physique Terminale S Didier ndash Programme 1995
Articles de peacuteriodiques
Science et vie junior ndash Hors seacuterie ndeg53
Courrier International ndeg616
Science et vie junior ndeg151
Cahier de science et vie ndeg65
Cleacutes de lrsquoactualiteacute ndeg269
Science et vie ndeg928
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg186
La recherche ndeg216
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg150
Sites Internet
httpwwwsennheiserfrpagephppg=technologietransmissionif
httppedagogieac-
montpellierfrDisciplinesscphysiquesSP30BTS20IRISTransmission20du20signalpdf
httpwwwnew-sngcomnorteldisc1_fcfm
httplullyasarizonaedu~hdolethesethese_hdole_htmlnode5html
httplocochenettransmission_donneesphp
httpwwwlkbensfr~jacquierDESSOptionBhtml
httplasiruniv-lille1frpagesSpectrometrie_Infrarougehtml
httpwwwjbaumannchjbinformatiquewifihtml
httpwwwjautomatisecomWhiteCommunicationWPCuivrehtm
httpwwwwikipediacom
httpwwwfutura-sciencescom
httppersowanadoofrguychaumeton
httpwwwalluphysicsDownloadsPremiC3A8reCours20polycopiC3A9sEffet2
0photoC3A9lectriquepdf
Et beaucoup de connaissances personnelles en ce qui concerne lrsquoinformatique
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b) Le modegravele ondulatoire
Le premier homme agrave exposer cette theacuteorie fut le grand physicien neacuteerlandaisHuygens En effet vers 1690 Huygens publia une theacuteorie de la lumiegravere en partant de lrsquoideacuteeque la propagation de celle-ci pouvait ecirctre assimileacutee agrave celle des ondes agrave la surface de lrsquoeau
Il proposa qursquoun faisceau de lumiegravere agrave bords parallegraveles et rectilignes corresponde agraveune propagation drsquoondes suivant une direction donneacutee les rayons lumineux sont alors deslignes fictives perpendiculaires aux fronts drsquoonde et deacutefinissant la direction de propagationde lrsquoonde
Ce modegravele est donc utiliseacute car il permet de rendre compte de nombreusesexpeacuteriences et de les expliquer notamment les pheacutenomegravenes de diffraction et de reacuteflexionInteacuteressons-nous deacutesormais agrave la lumiegravere en tant qursquoonde eacutelectromagneacutetique
La lumiegravere est une onde eacutelectromagneacutetique Pour bien comprendre ce conceptdrsquoeacutelectromagneacutetisme il est neacutecessaire de rappeler briegravevement certaines conceptions
Tout drsquoabord nous vivons en permanence dans un champ eacutelectromagneacutetique lui-mecircme creacutee par la preacutesence de particules chargeacutees (toute particule chargeacutee creacutee un champeacutelectrique) et par le deacuteplacement de ces particules (le courant eacutelectrique creacutee un champmagneacutetique comme par exemple celui de la Terre) Pour simplifier on peut comparer unchamp eacutelectromagneacutetique agrave une eacutetendue drsquoeau En effet si lon jette un caillou agrave la surfacede lrsquoeau on peut observer des vagues Ces vagues sont des perturbations qui se propagentcest-agrave-dire des ondes
La lumiegravere est une perturbation du champ eacutelectromagneacutetique qui se deacuteplace Crsquoest cequi lui donne la proprieacuteteacute de pouvoir se deacuteplacer dans le vide (dans le vide il existe aussi unchamp eacutelectromagneacutetique) La lumiegravere perturbation du champ eacutelectromagneacutetique sedeacuteplace agrave la vitesse c = 300 x108 ms-1 dans lrsquoair et le vide
Enfin la lumiegravere nrsquoest pas le seul reacutesultat de la perturbation drsquoun champeacutelectromagneacutetique Il en existe plein drsquoautres pas forceacutement visible par lrsquoœil humain lesrayons X les ondes radio les rayons Gamma
Les fentes de Young
Les fentes de Young sont lobjet duneexpeacuterience reacutealiseacutee en 1802 par ThomasYoung qui vise agrave deacutemontrer le caractegravereondulatoire de la lumiegravere Lors de cetteexpeacuterience la lumiegravere doit en traversantdeux fentes parallegraveles de mecircme dimensionsproduire un ensemble de franges
On utilise donc une source de lumiegraveremonochromatique (un laser) et on pose agrave lasortie de cette source une plaque bloquantle passage de la lumiegravere composeacutee de deuxfentes parallegraveles verticales et de mecircmesdimensions
On observe alors sur lrsquoeacutecran unefigure complexe une figure de diffractionscomposeacutees en intermittence de zonessombres et de zones lumineuses ougraveparvient la lumiegravere du laser provenant desdeux fentes
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Ci-dessous un exemple de deux rayons parvenant au mecircme endroit
Pour arriver au point x de lrsquoeacutecran les deuxrayons parcourent une distance qui diffegravere de
auml = [Dsup2 + (x+ d2)sup2] - [Dsup2 + (x d2)sup2 xdr dsinegrave
La figure de diffraction est due au fait quecertaines ondes srsquoannihilent et creacuteeacutees ainsi deszones noires qui se traduisent par lesinterfeacuterences visibles dans la figure de diffraction
On peut donc parler drsquoun comportementondulatoire de la lumiegravere
c) Le modegravele corpusculaire
Au deacutebut des recherches sur la nature de la lumiegravere (aussi bien au XVIIe siegravecle quedans lrsquoantiquiteacute) le modegravele corpusculaire put ecirctre consideacutereacute comme bon en fonction desreacutesultats expeacuterimentaux de lrsquoeacutepoque
On imaginait des corpuscules analogues aux corps mateacuteriels que nous connaissonsmais eacutevidemment beaucoup plus petits pour Isaac NEWTON (1704) notamment un rayonlumineux serait alors simplement la trajectoire des grains de lumiegravere qui passent agrave tregravesgrande vitesse par un point donneacute suivant une direction donneacutee ces grains de lumiegravere sontappeleacutes photons
De plus ce modegravele peut aussi expliquer les pheacutenomegravenes de reacuteflexion et de reacutefractionde la lumiegravere En effet la reacuteflexion de la lumiegravere peut srsquoexpliquer par le rebondissement debilles eacutelastiques sur une surface rigide comme lrsquoa sciemment deacutemontreacute Descartes
Il tenta drsquoexpliquer aussi la reacutefraction par analogie avec ce qui se passe quand une balleest lanceacutee avec une raquette contre une toile (ou une feuille de papier) tellement fine quela balle peut passer agrave travers en rompant cet obstacle Le meacuterite de Descartes est drsquoavoirmontreacute que la reacutefraction est un pheacutenomegravene lieacute agrave un changement de vitesse de propagationde la lumiegravere Neacuteanmoins quand ces corpuscules sont ralentis en peacuteneacutetrant dans le secondmilieu ils devraient srsquoeacutecarter de la normale Mais puisque la lumiegravere se rapproche de lanormale en passant de lrsquoair dans le verre il fallait en conclure que drsquoapregraves ce modegravele lavitesse de la lumiegravere est plus grande dans le verre que dans lrsquoair ou encore que la vitesse dela lumiegravere est supeacuterieure dans les milieux plus reacutefringents comme si ces particules eacutetaientattireacutees par celles du milieu
Une autre difficulteacute rencontreacutee par ce modegravele est lrsquoobservation suivant laquelle deuxrayons lumineux peuvent srsquoentrecroiser sans avoir drsquoeffet lrsquoun sur lrsquoautre cette proprieacuteteacute nesrsquoexplique pas facilement au moyen du modegravele corpusculaire puisqursquoil faudrait admettre queles laquo particules de lumiegravere raquo devraient se rencontrer sans subir la moindre collision mecircmequand il y en a beaucoup crsquoest agrave dire quand la lumiegravere est intense
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Expeacuterience drsquoHertz
Lrsquoexpeacuterience a eacuteteacute reacutealiseacuteedans le but de comprendre lrsquoaspectcorpusculaire de la lumiegravere (lesphotons) mais a eacutechoueacute pour desraisons que nous ignorons Lesobservations faites ne sont donc pasconformes agrave lrsquoexpeacuterience
Nous aurions du en theacuteorieobserver avec une source de lumiegravere(lampe agrave mercure agrave lrsquoeacutetat gazeux)
- lorsque la plaque de zinc et lrsquoeacutelectroscope sont chargeacutes neacutegativement lrsquoaiguillede lrsquoeacutelectroscope est deacutevieacute a un angle drsquoenviron 25deg puis on eacuteclaire la plaque de zinc etlrsquoeacutelectroscope se deacutecharge (lrsquoaiguille retourne a son eacutetat premier)
On peut alors dire que la lumiegravere semble provoquer le deacutechargement des eacutelectronsde lrsquoaiguille
- lorsque lrsquoeacutelectroscope et la plaque de zinc sont chargeacutes neacutegativement et qursquooninterpose une plaque de verre entre la source de lumiegravere et la plaque de zinc lrsquoaiguille delrsquoeacutelectroscope ne bouge pas On enlegraveve alors la plaque de verre et on observe quelrsquoeacutelectroscope se deacutecharge
On peut maintenant affirmer que crsquoest la lumiegravere qui provoque le deacutechargement delrsquoeacutelectroscope (chargeacute neacutegativement)
- lorsque lrsquoeacutelectroscope et la plaque de zinc sont chargeacutes positivement onnrsquoobserve aucun changement que la plaque de zinc soit eacuteclaireacutee ou non
On peut alors dire que cet effet de la lumiegravere nrsquoa drsquoeffet que lorsque la laquo cible raquo estchargeacutee neacutegativement
On peut conclure cette expeacuterience en disant que la lumiegravere permet drsquoextraire lescharges neacutegatives (les eacutelectrons) du meacutetal On parle drsquoeffet photoeacutelectrique de la lumiegravereTous les comportements de la lumiegravere ne sont donc pas explicables par lrsquoun ou lrsquoautremodegravele ondulatoire ou corpusculaire il nrsquoy a pas de modegravele unique La lumiegravere se comportetantocirct comme une onde tantocirct comme des particules
Le modegravele ondulatoire permet de preacutevoir si beaucoup ou peu de lumiegravere arrive agrave un endroitdonneacute il est efficace pour comprendre la propagation de la lumiegravere dans lrsquoespace De plusle modegravele corpusculaire est efficace pour expliquer les eacutechanges drsquoeacutenergie entre matiegravere etlumiegravere on dit qursquoelle a un comportement quantique
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II LA TRANSMISSION DES DONNEES PAR LA LUMIERE
a) La transmission
Pour que la transmission de donneacutees puisse seacutetablir il doit exister une lignephysique un signal radio eacutelectrique ou lumineux appeleacutee aussi voie de transmission oucanal entre les deux machines Ces voies de transmission sont constitueacutees de plusieurstronccedilons permettant de faire circuler les donneacutees sous forme dondes eacutelectromagneacutetiqueseacutelectriques lumineuses ou mecircme acoustiques On a donc un pheacutenomegravene vibratoire qui sepropage sur le support physique Il en reacutesulte un signal ondulatoire deacutependant de la grandeurphysique que lon fait varier dans le cas de la lumiegravere il sagit dune onde lumineuse
Les ondes sont caracteacuteriseacuteespar leur freacutequence leur amplitude etleur phase
Le principe de la transmission
Pour une transmissiondonneacutee sur une voie decommunication entre deux machinesla communication peut seffectuer dediffeacuterentes maniegraveres Latransmission est caracteacuteriseacutee par
bull le sens des eacutechangesbull le mode de transmission il sagit du nombre de bits envoyeacutes simultaneacutementbull la synchronisation il sagit de la synchronisation entre eacutemetteur et reacutecepteur
Nous utiliserons plusieurs exemples qui permettent de transmettre la lumiegravere
b) La fibre optique
Trois eacuteleacutements essentiels
bull Emetteur diode laserbull Support de transmission fibre optiquebull Reacutecepteur photo-deacutetecteur
De faccedilon tregraves scheacutematique le laser convertit un signal eacutelectrique issu dun appareil decommunication (teacuteleacutephone ordinateur) en un signal optique Ce signal optique estachemineacute par la fibre jusquau deacutetecteur qui fait lopeacuteration inverse du laser cest agrave dire quilconvertit un signal optique en un signal eacutelectrique
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Le laser et le photo-deacutetecteur sont tout deux muni drsquoun circuit imprimeacute (ou puce) quisert agrave transformer les eacutelectrons en photon ou les photons en eacutelectron Nous utilisons le lasercomme source de lumiegravere car leacutenergie de son faisceau est beaucoup plus eacuteleveacutee que cellede nimporte quelle source classique car le laser eacutemet une lumiegravere monochromatique Unelampe peut ecirctre aussi lumineuse quun laser mais contrairement au laser elle eacutemet sur toutesles longueurs dondes
Les fibres optiques ont dabord eacuteteacute utiliseacutees pour faire de
limagerie essentiellement dans le domaine meacutedical
(endoscopie) Lideacutee dutiliser des fibres optiques pour
transmettre de linformation est apparue au deacutebut des anneacutees
60 avec lapparition du laser Neacuteanmoins un effort
consideacuterable devrait ecirctre fait pour reacuteduire les pertes des fibres
qui ne permettaient quune propagation dun signal sur une
distance tregraves reacuteduite typiquement quelques megravetres
Composition dune fibre
- Un noyau (ou cœur) qui veacutehicule lalumiegravere- Une gaine optique qui confine lalumiegravere dans le noyau- Une couche de substrat (parfois) quiaugmente la reacutesistance meacutecanique- Un revecirctement primaire premiegraverecouche de protection meacutecanique
- Un revecirctement secondaire couche exteacuterieure de protection meacutecanique
Photo dune fibre optiquestandard
Teacuteleacutephone(Blablabla)
LASERPHOTO-
DETECTEUR
Teacuteleacutephone(Blablabla)
Signaleacutelectrique
Fibreoptique
Impulsionslumineuses Signal
eacutelectrique
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Les fibres sont identifieacutees par le diamegravetre de leur noyau et le diamegravetre de leur gaine optiquevaleurs donneacutees en micromegravetres (microm) Les fibres optiques sont constitueacutees de deux milieuxdindices optiques diffeacuterents
- Dun coeur (noyau) dindice optique n1- Dune gaine dindice optique n2
Tel que n1 gt n2
De ce fait les rayons lumineux peuvent ecirctre reacutefleacutechis en passant drsquoune gaine agrave lrsquoautre
Pour quun rayon soit guideacute ilfaut que celui-ci soit reacutefleacutechi agravelinterface coeurgaine de la fibre cequi impose une condition sur langledincidence du rayon sur la facedentreacutee de la fibre
c) Lrsquoinfrarouge
La transmission de donneacutees par infrarouge est une technologie reacutecente Uneteacuteleacutecommande est lexemple le plus simple de communication infrarouge
Les infrarouges ne sont pas affecteacutes par les perturbations eacutelectromagneacutetiques Unverrouillage de la freacutequence et un filtrage de la lumiegravere du jour augmentent la fiabiliteacute dusystegraveme
La transmission doit se faire en ligne droite (sans obstacle) mais la dispersion dusignal infrarouge autorise une toleacuterance importante dans lalignement La transmission parinfrarouge permet drsquoutiliser la lumiegravere pour transmettre des donneacutees La transmission parinfrarouge offre une seacutecuriteacute bien plus grande que les autres techniques de transmission Enrevanche le deacutebit est bien plus reacuteduit Il srsquoeacutetend de 1 agrave 2 meacutega octets par seconde (Mos)Unsystegraveme infrarouge comprend trois eacuteleacutements leacutemetteur le diffuseur (parfois ces deuxeacuteleacutements sont combineacutes) et le reacutecepteur
Leacutemetteur achemine le signal audio au diffuseur qui effectue sa conversion enrayonnement infrarouge Le reacutecepteur deacutecode le signal infrarouge et restaure le signal audiooriginal qui peut ecirctre eacutecouteacute sur un casque ou des eacutecouteurs steacutethoscopiques Latransmission infrarouge implique que le reacutecepteur reste agrave porteacutee optique de leacutemetteur Latechnique infrarouge permet eacutegalement la confidentialiteacute des transmissions
Il est possible gracircce agrave la technologie infrarougedobtenir des deacutebits allant de 1 agrave 2 Mos en utilisant unemodulation appeleacute PPM (pulse position modulation)
Gaine optique
Cœur
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La modulation PPM consiste agrave transmettre des impulsions agrave
amplitude constante et agrave coder linformation suivant la position de
limpulsion Le deacutebit de 1 Mos est obtenu avec une modulation de
16-PPM tandis que le deacutebit de 2 Mos est obtenu avec une
modulation 4-PPM permettant de coder deux bits de donneacutees avec
4 positions possibles (ci-contre)
d) Lrsquoœil
Loeil par exemple est un deacutetecteur qui convertit une image en un signal nerveux
achemineacute par le nerf optique Un deacutetecteur optique (ou photodeacutetecteur) convertit un signal
optique en un signal eacutelectrique
Conclusion
LInternet de lavenir aura de plus en plus recours aux fibres optiques - des fils de
verre ou de plastique aussi minces voire de diamegravetre plus petit quun cheveu humain qui
transmettent linformation au moyen de photons des eacuteleacutements entrant dans la composition
de la lumiegravere La transparence de la fibre et la couche de verre tregraves reacutefleacutechissante qui
entoure la fibre permettent agrave la lumiegravere de poursuivre sa route avec pratiquement aucune
perte de signal En conseacutequence la technologie de la fibre optique permet agrave dimportantes
quantiteacutes de donneacutees de franchir en toute fiabiliteacute de grandes distances agrave des vitesses tregraves
eacuteleveacutees
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III Le Stockage de lrsquoinformation par la lumiegravere
Un exemple simple le Compact Disk (CD) et le Digital Versatile Disk (DVD)
La lumiegravere bien pratique agrave toutesnos utilisations est rentreacutee peu agrave peudans lrsquoeacutelectronique et plus preacuteciseacutementdans lrsquoeacutelectro-informatique
Nous eacutetudierons ici la lumiegravere entant que porteuse de donneacutees et nousassimilerons la surface optique du CD agraveune surface composeacutee drsquoun tregraves grandnombre de miroirs nanoscopique (dontnous deacutefinirons la taille plus tard) Ce quinous inteacuteresse ici crsquoest de parler dumodegravele ondulatoire de la lumiegravere car crsquoestbien sur ce modegravele qui explique les lois deDescartes qui est utiliseacutees dans leprocessus de lecture du disque
a) Drsquoun systegraveme optique agrave un systegraveme eacutelectrique
On consideacuterera que le CDDVD estcomposeacute drsquoune multitude de creux et debosses le tout recouvert drsquoune couchedrsquoaluminium tregraves fine qui servira dereacuteflecteur
Les creux seront appeleacutes par la suitelaquo microcuvettes raquo et les bosses la surfacelaquo normale raquo du CD
Sur le scheacutema ci-contre une diode lasereacutemet un rayon qui traverse une lame semi-reacutefleacutechissante Ce rayon va laquo frapper la surface du disque Ici on a deux possibiliteacutes
- Drsquoune part le laser rencontre une bosse au quel cas le rayon est reacutefleacutechinaturellement au quel cas il retourne sur la lame semi-reacutefleacutechissante pour aller laquo taper raquo unphotoreacutecepteur La tension marqueacutee est dite forte car elle est supeacuterieur nettement agrave 0
- Drsquoautre part le laser rencontre une microcuvette au quel cas le rayon estcomplegravetement reacutefleacutechi mais dans tous les sens possibles de ce fait le rayon restant pouraller laquo taper raquo le photoreacutecepteur est trop faible la tension marqueacutee est sensiblement nulle
Crsquoest gracircce aux lois de Descartes si le rayon arrive jusqursquoau photoreacutecepteur En effetsi on ne connaissait pas la trajectoire du rayon apregraves avoir tapeacute la surface du disque riennrsquoaurait eacuteteacute placeacute pour reacutecupeacuterer lrsquointeacutegraliteacute du rayon
Pour un DVD les lois srsquoapplique de la mecircme maniegravere bien qursquoil y ait 2 couches delecture La seconde couche fonctionne pareil que celle du CD classique alors que lapremiegravere couche est semi-reacuteflechissante Selon la position de la lentille le faisceau nerevient pas avec exactement la mecircme puissance de ce fait les tensions varient Comme onconnaicirct les tensions recueillies par la reacuteflexion de la seconde couche celle de la premiegraveresont retrouveacutees tregraves aiseacutement
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b) Drsquoun systegraveme eacutelectrique aux donneacutees informatiques
Sur le scheacutema preacuteceacutedent la tension donneacutee dans le circuit eacutetait convertit sous formede donneacutees analogiques qui eacutetaient travailleacutees par un systegraveme de Haut-Parleur Eninformatique le proceacutedeacute drsquoanalogisme est utiliseacute qursquoen dernier recours car il contientbeaucoup trop drsquoerreur De ce fait les donneacutees restent sous leur forme numeacuterique
Comment ccedila marche A dire vrai le numeacuterique est un codage de donneacutees sous forme dechiffres binaires (0 et 1) On lrsquoa vu preacuteceacutedemment le signal lumineux eacutetait converti en tensioneacutelectrique Cette tension si elle est nulle correspondra agrave unlaquo 0 raquo et si elle est nettement supeacuterieure agrave 0 elle correspondra agravelaquo 1 raquo Attention le circuit eacutelectrique ne transmet pas de 0 ou de1 ce nrsquoest qursquoun codage logique pour faire correspondre lavision de lrsquohomme agrave lrsquoeacutemission drsquoimpulsions eacutelectriques En effetune impulsion correspond agrave une mise sous tension donc agravelaquo 1 raquo pas drsquoimpulsion eacutequivaut agrave tension nulle donc agrave laquo 0 raquo
c) Ecriture du disque
Un disque ne se fabrique pas par magie on le laquo grave raquoLe fait de graver est le mecircme que sur la roche on module unede couche de matiegravere pour y laisser des inscriptions Latechnique a certainement eacutevolueacute pour le CD depuis sonapparution mais le principe reste le mecircme
Un disque commercial (deacutejagrave graveacute) est fait avec la mecircmemeacutethode un laser a moduleacute une couche photosensible selon lecode drsquoeacutecriture binaire La couche a alors pris lrsquoallure de laquo creuxet de bosses raquo On a alors recouvert le tout drsquoune couchemeacutetallique qui a prit lrsquoempreinte de la couche preacuteceacutedente Cettecouche sert alors de laquo moule raquo pour le support en PCV dudisque Le support est agrave son tour mouleacute puis recouvert drsquoun filmdrsquoaluminium qui servira pour la reacuteflexion de la lumiegravere (cf voirscheacutema ci-contre) Pour DVD la technique est la mecircme agrave partque la premiegravere couche est toujours semi-reacutefleacutechissante
De nos jours le systegraveme a un peu eacutevolueacute mecircme si les CD commerciaux sont toujoursgraveacutes de la mecircme maniegravere (mecircme si apregraves correction de deacutefaut la platine drsquoaluminium aeacuteteacute emprisonneacutee dans le PVC) Lrsquoeacutevolution se remarque du fait que lrsquoon peut graver nousmecircme nos propres CD (-R ou -RW) et mecircme nos DVD (plusmnR plusmnRW ou RAM) le tout gracircce agrave unpetit appareil le graveur Il ne reacutepond plus au mecircme systegraveme que preacuteceacutedemment mais ilfait tout de mecircme un aussi bon travail que son aicircneacute
En conclusion la lumiegravere pour un CD ou DVD nrsquoa qursquoun rocircle tregraves mineur elle sert agravereacuteveacuteler une empreinte poseacutee sur une laquo suite de miroir raquo placeacutes agrave deux niveaux diffeacuterentsComme lrsquoutilisation de la lumiegravere est plutocirct simpliste il convient mieux drsquoappliquer les lois deDescartes et dont le modegravele ondulatoire plutocirct que drsquoappliquer un modegravele complexe qursquoest lecorpusculaire
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Conclusion
Durant toute cette eacutetude on a vu de plusieurs modegraveles de la lumiegravere ceux-ci nousaidant agrave mieux comprendre son utilisation pour la technologie moderne de transfert et destockage de lrsquoinformation
La lumiegravere elle-mecircme nrsquoa qursquoun faible rocircle on lrsquoa vu par lrsquointermeacutediaire du CD Sonrocircle est de reacuteveacuteleacute une empreinte sur une surface reacutefleacutechissante moduleacutee le tout seratranscris de sorte qursquoon puisse srsquoen resservir sous une autre forme Si la surface nrsquoest pasmoduleacutee crsquoest que crsquoest le rayon lui-mecircme qui est moduleacute sous forme drsquoimpulsion tel quenous lrsquoavons vue dans le cas de la fibre optique
Les deux modegraveles eacutetablis de la lumiegravere ont eacuteteacute veacuterifieacutes comme eacutetant valable selon lesutilisations qursquoon a de la lumiegravere auquel cas on observera deux situations diffeacuterentes
- Drsquoune part le modegravele corpusculaire qui permet drsquoexpliquer beaucoup de chose surla lumiegravere notamment son deacuteplacement chaotique dans la fibre optique
- Drsquoautre part le model ondulatoire qui lui plus simple que le preacuteceacutedent permet desrsquointeacuteresser agrave un cas bien particulier de la lumiegravere lorsque celle-ci est assimileacute agraveun rayon circulant en ligne droite
Par conseacutequent on peut dire que la lumiegravere ne stocke pas la lumiegravere mais ne sertqursquoagrave la faire transmettre drsquoun support agrave un autre tels que du CD vers lrsquoinformatique ou drsquouneacutemetteur agrave un reacutecepteur en passant par la fibre optiqueLa lumiegravere est donc un eacuteleacutement indispensable au bon deacuteveloppement de la civilisationhumaine tant au niveau des conditions de vie que du deacuteveloppement technologique
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LEXIQUE
Tous les termes importants employeacutes dans le dossier sont reacutepertorieacutes ici avec leur deacutefinition
Analogique se dit drsquoun signal qui geacuteneacuteralement et contrairement au numeacuterique estextrecircmement complexe mais pour un mecircme flux de donneacutees brutes on observe que latotaliteacute des informations est deacutejagrave passeacute alors que en numeacuterique ccedila demande beaucoup plusde flux
CD et DVD (Compact Disk et Digital Versatile Disk) sont les sigles qui deacutesignent le DisqueLaser et le Disque Digitale agrave Multifonction Ces disques ont remplaceacutes le vieux disquemagneacutetique Vinyle la bande cassette magneacutetique sonore ou videacuteo De nos jours ce sontdes produits de haute consommation tout ce qursquoil y a de plus classique Toutefois ils sontameneacutes agrave disparaicirctre remplaceacutes par leur successeur le HQ-DVD (High Quality DVD) ouBlue Ray Disk celui-ci eacutetant baseacute sur le principe drsquoun laser bleu donc drsquoune lumiegraveremonochromatique agrave plus faible longueur drsquoonde et par conseacutequent les creux et bosses dudisque peuvent ecirctre beaucoup plus nombreux drsquoougrave un gain eacutenorme de place
Ceacuteleacuteriteacute dune onde est sa vitesse de propagation Celle de la lumiegravere la plus connue estde 300 000 kms-1
Champ eacutelectromagneacutetique est le concept central de leacutelectromagneacutetisme On le conccediloitsouvent comme composition des deux champs vectoriels que lon peut mesurerindeacutependamment le champ eacutelectrique E et le champ magneacutetique B Mais ces deux champsne sont pas seacuteparables
Electroscope Appareil qui permet de deacutetecter une charge eacutelectrique
Freacutequence drsquoonde La freacutequence dun pheacutenomegravene est le nombre de cycles qui seproduisent durant une seconde Luniteacute de la freacutequence est lrsquoHertz (Hz) Le courant alternatifqui alimente nos appareils eacutelectriques a une freacutequence de 50 Hz Cela signifie que leseacutelectrons qui creacuteent le courant changent de direction 20 fois par seconde
Fibre optique Tregraves mince fil de verre (tregraves fragile) permettant de transporter de linformationsous la forme dimpulsions lumineuses
Infrarouge Lumiegravere situeacutee au-delagrave du rouge dans le spectre des couleurs Alors que cettelumiegravere nest pas visible aux yeux humains les eacutemetteurs et les reacutecepteurs infrarougespeuvent envoyer et recevoir des signaux infrarouges
Interfeacuterence Superposition et somme algeacutebrique conseacutequente de deux ondes dunpheacutenomegravene physique vibratoire Linterfeacuterence se manifeste dans les teacuteleacutecommunications enoptique en acoustique et plus geacuteneacuteralement lorsquon a une propagation deacutenergie de typeondulatoire
Longueur drsquoonde est la distance entre deux cycles conseacutecutifs de londe
Lumiegravere polychromatique lumiegravere composeacutee de radiations de longueurs drsquoondesdiffeacuterentes La lumiegravere laquo blanche raquo est une lumiegravere polychromatique
Monochromatique lumiegravere composeacutee drsquoune radiation (de freacutequence deacutefinie) Un laser He-Ne eacutemet une lumiegravere monochromatique
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N indice caracteacuterisant le milieu dans lequel la lumiegravere se propage
Numeacuterique le numeacuterique est un codage extrecircmement simple mais tregraves encombrant Il secompose drsquoune longue chaicircne de laquo 0 raquo et laquo 1 raquo nommeacute bit Tous les 4x bits (ougrave X est unentier naturel) on a un mot En theacuteorie informatique il faut 8 bits pour former un Octet (uniteacutede donneacutees informatiques en anglais crsquoest le Byte) En pratique il faut exactement 8 bitsdrsquoinformation reacuteelle et 2 bits de correction drsquoerreur
Onde Une onde a la faculteacute de transporter de leacutenergie dun point agrave un autre sans quil y aittransfert de matiegravere
Photon est un concept utiliseacute pour repreacutesenter les interactions entre les rayonnementseacutelectromagneacutetiques (notamment la lumiegravere les ultraviolets et les rayons X) et la matiegravere
Spectre une lumiegravere est une somme de lumiegraveres simples de freacutequences et dintensiteacutesdiffeacuterentes La relation entre ces freacutequences et la luminositeacute qui leur correspond sappelle unspectre
plusmnR plusmnRW RAM -R -RW il srsquoagit de norme de gravure Pour CD on parle de CD-R ou CD-RW R correspondant agrave enregistrable (recordable en anglais) et RW agrave reacuteinscriptible(rewritable en anglais) Cette norme srsquoapplique pareil aux DVD agrave un seul deacutetail le + ou le ndashqui lui diffeacuterencie en fait juste le format de Philips(+) de celui de Sony (-) ce qui laisse sous-entendre un proceacutedeacute de gravure diffeacuterent sur quelques points La norme RAM est valableque pour DVD il srsquoagit drsquoun type de disque qui peut-ecirctre compareacute agrave une disquettemagneacutetique car ccedila dureacutee de vie est sensiblement la mecircme en ce qui concerne la reacuteeacutecriture
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BibliographieLivres
Encyclopeacutedie Universalis ndash La lumiegravere
Manuel scolaire Physique Terminale S Didier ndash Programme 1995
Articles de peacuteriodiques
Science et vie junior ndash Hors seacuterie ndeg53
Courrier International ndeg616
Science et vie junior ndeg151
Cahier de science et vie ndeg65
Cleacutes de lrsquoactualiteacute ndeg269
Science et vie ndeg928
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg186
La recherche ndeg216
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg150
Sites Internet
httpwwwsennheiserfrpagephppg=technologietransmissionif
httppedagogieac-
montpellierfrDisciplinesscphysiquesSP30BTS20IRISTransmission20du20signalpdf
httpwwwnew-sngcomnorteldisc1_fcfm
httplullyasarizonaedu~hdolethesethese_hdole_htmlnode5html
httplocochenettransmission_donneesphp
httpwwwlkbensfr~jacquierDESSOptionBhtml
httplasiruniv-lille1frpagesSpectrometrie_Infrarougehtml
httpwwwjbaumannchjbinformatiquewifihtml
httpwwwjautomatisecomWhiteCommunicationWPCuivrehtm
httpwwwwikipediacom
httpwwwfutura-sciencescom
httppersowanadoofrguychaumeton
httpwwwalluphysicsDownloadsPremiC3A8reCours20polycopiC3A9sEffet2
0photoC3A9lectriquepdf
Et beaucoup de connaissances personnelles en ce qui concerne lrsquoinformatique
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Ci-dessous un exemple de deux rayons parvenant au mecircme endroit
Pour arriver au point x de lrsquoeacutecran les deuxrayons parcourent une distance qui diffegravere de
auml = [Dsup2 + (x+ d2)sup2] - [Dsup2 + (x d2)sup2 xdr dsinegrave
La figure de diffraction est due au fait quecertaines ondes srsquoannihilent et creacuteeacutees ainsi deszones noires qui se traduisent par lesinterfeacuterences visibles dans la figure de diffraction
On peut donc parler drsquoun comportementondulatoire de la lumiegravere
c) Le modegravele corpusculaire
Au deacutebut des recherches sur la nature de la lumiegravere (aussi bien au XVIIe siegravecle quedans lrsquoantiquiteacute) le modegravele corpusculaire put ecirctre consideacutereacute comme bon en fonction desreacutesultats expeacuterimentaux de lrsquoeacutepoque
On imaginait des corpuscules analogues aux corps mateacuteriels que nous connaissonsmais eacutevidemment beaucoup plus petits pour Isaac NEWTON (1704) notamment un rayonlumineux serait alors simplement la trajectoire des grains de lumiegravere qui passent agrave tregravesgrande vitesse par un point donneacute suivant une direction donneacutee ces grains de lumiegravere sontappeleacutes photons
De plus ce modegravele peut aussi expliquer les pheacutenomegravenes de reacuteflexion et de reacutefractionde la lumiegravere En effet la reacuteflexion de la lumiegravere peut srsquoexpliquer par le rebondissement debilles eacutelastiques sur une surface rigide comme lrsquoa sciemment deacutemontreacute Descartes
Il tenta drsquoexpliquer aussi la reacutefraction par analogie avec ce qui se passe quand une balleest lanceacutee avec une raquette contre une toile (ou une feuille de papier) tellement fine quela balle peut passer agrave travers en rompant cet obstacle Le meacuterite de Descartes est drsquoavoirmontreacute que la reacutefraction est un pheacutenomegravene lieacute agrave un changement de vitesse de propagationde la lumiegravere Neacuteanmoins quand ces corpuscules sont ralentis en peacuteneacutetrant dans le secondmilieu ils devraient srsquoeacutecarter de la normale Mais puisque la lumiegravere se rapproche de lanormale en passant de lrsquoair dans le verre il fallait en conclure que drsquoapregraves ce modegravele lavitesse de la lumiegravere est plus grande dans le verre que dans lrsquoair ou encore que la vitesse dela lumiegravere est supeacuterieure dans les milieux plus reacutefringents comme si ces particules eacutetaientattireacutees par celles du milieu
Une autre difficulteacute rencontreacutee par ce modegravele est lrsquoobservation suivant laquelle deuxrayons lumineux peuvent srsquoentrecroiser sans avoir drsquoeffet lrsquoun sur lrsquoautre cette proprieacuteteacute nesrsquoexplique pas facilement au moyen du modegravele corpusculaire puisqursquoil faudrait admettre queles laquo particules de lumiegravere raquo devraient se rencontrer sans subir la moindre collision mecircmequand il y en a beaucoup crsquoest agrave dire quand la lumiegravere est intense
7
Expeacuterience drsquoHertz
Lrsquoexpeacuterience a eacuteteacute reacutealiseacuteedans le but de comprendre lrsquoaspectcorpusculaire de la lumiegravere (lesphotons) mais a eacutechoueacute pour desraisons que nous ignorons Lesobservations faites ne sont donc pasconformes agrave lrsquoexpeacuterience
Nous aurions du en theacuteorieobserver avec une source de lumiegravere(lampe agrave mercure agrave lrsquoeacutetat gazeux)
- lorsque la plaque de zinc et lrsquoeacutelectroscope sont chargeacutes neacutegativement lrsquoaiguillede lrsquoeacutelectroscope est deacutevieacute a un angle drsquoenviron 25deg puis on eacuteclaire la plaque de zinc etlrsquoeacutelectroscope se deacutecharge (lrsquoaiguille retourne a son eacutetat premier)
On peut alors dire que la lumiegravere semble provoquer le deacutechargement des eacutelectronsde lrsquoaiguille
- lorsque lrsquoeacutelectroscope et la plaque de zinc sont chargeacutes neacutegativement et qursquooninterpose une plaque de verre entre la source de lumiegravere et la plaque de zinc lrsquoaiguille delrsquoeacutelectroscope ne bouge pas On enlegraveve alors la plaque de verre et on observe quelrsquoeacutelectroscope se deacutecharge
On peut maintenant affirmer que crsquoest la lumiegravere qui provoque le deacutechargement delrsquoeacutelectroscope (chargeacute neacutegativement)
- lorsque lrsquoeacutelectroscope et la plaque de zinc sont chargeacutes positivement onnrsquoobserve aucun changement que la plaque de zinc soit eacuteclaireacutee ou non
On peut alors dire que cet effet de la lumiegravere nrsquoa drsquoeffet que lorsque la laquo cible raquo estchargeacutee neacutegativement
On peut conclure cette expeacuterience en disant que la lumiegravere permet drsquoextraire lescharges neacutegatives (les eacutelectrons) du meacutetal On parle drsquoeffet photoeacutelectrique de la lumiegravereTous les comportements de la lumiegravere ne sont donc pas explicables par lrsquoun ou lrsquoautremodegravele ondulatoire ou corpusculaire il nrsquoy a pas de modegravele unique La lumiegravere se comportetantocirct comme une onde tantocirct comme des particules
Le modegravele ondulatoire permet de preacutevoir si beaucoup ou peu de lumiegravere arrive agrave un endroitdonneacute il est efficace pour comprendre la propagation de la lumiegravere dans lrsquoespace De plusle modegravele corpusculaire est efficace pour expliquer les eacutechanges drsquoeacutenergie entre matiegravere etlumiegravere on dit qursquoelle a un comportement quantique
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II LA TRANSMISSION DES DONNEES PAR LA LUMIERE
a) La transmission
Pour que la transmission de donneacutees puisse seacutetablir il doit exister une lignephysique un signal radio eacutelectrique ou lumineux appeleacutee aussi voie de transmission oucanal entre les deux machines Ces voies de transmission sont constitueacutees de plusieurstronccedilons permettant de faire circuler les donneacutees sous forme dondes eacutelectromagneacutetiqueseacutelectriques lumineuses ou mecircme acoustiques On a donc un pheacutenomegravene vibratoire qui sepropage sur le support physique Il en reacutesulte un signal ondulatoire deacutependant de la grandeurphysique que lon fait varier dans le cas de la lumiegravere il sagit dune onde lumineuse
Les ondes sont caracteacuteriseacuteespar leur freacutequence leur amplitude etleur phase
Le principe de la transmission
Pour une transmissiondonneacutee sur une voie decommunication entre deux machinesla communication peut seffectuer dediffeacuterentes maniegraveres Latransmission est caracteacuteriseacutee par
bull le sens des eacutechangesbull le mode de transmission il sagit du nombre de bits envoyeacutes simultaneacutementbull la synchronisation il sagit de la synchronisation entre eacutemetteur et reacutecepteur
Nous utiliserons plusieurs exemples qui permettent de transmettre la lumiegravere
b) La fibre optique
Trois eacuteleacutements essentiels
bull Emetteur diode laserbull Support de transmission fibre optiquebull Reacutecepteur photo-deacutetecteur
De faccedilon tregraves scheacutematique le laser convertit un signal eacutelectrique issu dun appareil decommunication (teacuteleacutephone ordinateur) en un signal optique Ce signal optique estachemineacute par la fibre jusquau deacutetecteur qui fait lopeacuteration inverse du laser cest agrave dire quilconvertit un signal optique en un signal eacutelectrique
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Le laser et le photo-deacutetecteur sont tout deux muni drsquoun circuit imprimeacute (ou puce) quisert agrave transformer les eacutelectrons en photon ou les photons en eacutelectron Nous utilisons le lasercomme source de lumiegravere car leacutenergie de son faisceau est beaucoup plus eacuteleveacutee que cellede nimporte quelle source classique car le laser eacutemet une lumiegravere monochromatique Unelampe peut ecirctre aussi lumineuse quun laser mais contrairement au laser elle eacutemet sur toutesles longueurs dondes
Les fibres optiques ont dabord eacuteteacute utiliseacutees pour faire de
limagerie essentiellement dans le domaine meacutedical
(endoscopie) Lideacutee dutiliser des fibres optiques pour
transmettre de linformation est apparue au deacutebut des anneacutees
60 avec lapparition du laser Neacuteanmoins un effort
consideacuterable devrait ecirctre fait pour reacuteduire les pertes des fibres
qui ne permettaient quune propagation dun signal sur une
distance tregraves reacuteduite typiquement quelques megravetres
Composition dune fibre
- Un noyau (ou cœur) qui veacutehicule lalumiegravere- Une gaine optique qui confine lalumiegravere dans le noyau- Une couche de substrat (parfois) quiaugmente la reacutesistance meacutecanique- Un revecirctement primaire premiegraverecouche de protection meacutecanique
- Un revecirctement secondaire couche exteacuterieure de protection meacutecanique
Photo dune fibre optiquestandard
Teacuteleacutephone(Blablabla)
LASERPHOTO-
DETECTEUR
Teacuteleacutephone(Blablabla)
Signaleacutelectrique
Fibreoptique
Impulsionslumineuses Signal
eacutelectrique
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Les fibres sont identifieacutees par le diamegravetre de leur noyau et le diamegravetre de leur gaine optiquevaleurs donneacutees en micromegravetres (microm) Les fibres optiques sont constitueacutees de deux milieuxdindices optiques diffeacuterents
- Dun coeur (noyau) dindice optique n1- Dune gaine dindice optique n2
Tel que n1 gt n2
De ce fait les rayons lumineux peuvent ecirctre reacutefleacutechis en passant drsquoune gaine agrave lrsquoautre
Pour quun rayon soit guideacute ilfaut que celui-ci soit reacutefleacutechi agravelinterface coeurgaine de la fibre cequi impose une condition sur langledincidence du rayon sur la facedentreacutee de la fibre
c) Lrsquoinfrarouge
La transmission de donneacutees par infrarouge est une technologie reacutecente Uneteacuteleacutecommande est lexemple le plus simple de communication infrarouge
Les infrarouges ne sont pas affecteacutes par les perturbations eacutelectromagneacutetiques Unverrouillage de la freacutequence et un filtrage de la lumiegravere du jour augmentent la fiabiliteacute dusystegraveme
La transmission doit se faire en ligne droite (sans obstacle) mais la dispersion dusignal infrarouge autorise une toleacuterance importante dans lalignement La transmission parinfrarouge permet drsquoutiliser la lumiegravere pour transmettre des donneacutees La transmission parinfrarouge offre une seacutecuriteacute bien plus grande que les autres techniques de transmission Enrevanche le deacutebit est bien plus reacuteduit Il srsquoeacutetend de 1 agrave 2 meacutega octets par seconde (Mos)Unsystegraveme infrarouge comprend trois eacuteleacutements leacutemetteur le diffuseur (parfois ces deuxeacuteleacutements sont combineacutes) et le reacutecepteur
Leacutemetteur achemine le signal audio au diffuseur qui effectue sa conversion enrayonnement infrarouge Le reacutecepteur deacutecode le signal infrarouge et restaure le signal audiooriginal qui peut ecirctre eacutecouteacute sur un casque ou des eacutecouteurs steacutethoscopiques Latransmission infrarouge implique que le reacutecepteur reste agrave porteacutee optique de leacutemetteur Latechnique infrarouge permet eacutegalement la confidentialiteacute des transmissions
Il est possible gracircce agrave la technologie infrarougedobtenir des deacutebits allant de 1 agrave 2 Mos en utilisant unemodulation appeleacute PPM (pulse position modulation)
Gaine optique
Cœur
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La modulation PPM consiste agrave transmettre des impulsions agrave
amplitude constante et agrave coder linformation suivant la position de
limpulsion Le deacutebit de 1 Mos est obtenu avec une modulation de
16-PPM tandis que le deacutebit de 2 Mos est obtenu avec une
modulation 4-PPM permettant de coder deux bits de donneacutees avec
4 positions possibles (ci-contre)
d) Lrsquoœil
Loeil par exemple est un deacutetecteur qui convertit une image en un signal nerveux
achemineacute par le nerf optique Un deacutetecteur optique (ou photodeacutetecteur) convertit un signal
optique en un signal eacutelectrique
Conclusion
LInternet de lavenir aura de plus en plus recours aux fibres optiques - des fils de
verre ou de plastique aussi minces voire de diamegravetre plus petit quun cheveu humain qui
transmettent linformation au moyen de photons des eacuteleacutements entrant dans la composition
de la lumiegravere La transparence de la fibre et la couche de verre tregraves reacutefleacutechissante qui
entoure la fibre permettent agrave la lumiegravere de poursuivre sa route avec pratiquement aucune
perte de signal En conseacutequence la technologie de la fibre optique permet agrave dimportantes
quantiteacutes de donneacutees de franchir en toute fiabiliteacute de grandes distances agrave des vitesses tregraves
eacuteleveacutees
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III Le Stockage de lrsquoinformation par la lumiegravere
Un exemple simple le Compact Disk (CD) et le Digital Versatile Disk (DVD)
La lumiegravere bien pratique agrave toutesnos utilisations est rentreacutee peu agrave peudans lrsquoeacutelectronique et plus preacuteciseacutementdans lrsquoeacutelectro-informatique
Nous eacutetudierons ici la lumiegravere entant que porteuse de donneacutees et nousassimilerons la surface optique du CD agraveune surface composeacutee drsquoun tregraves grandnombre de miroirs nanoscopique (dontnous deacutefinirons la taille plus tard) Ce quinous inteacuteresse ici crsquoest de parler dumodegravele ondulatoire de la lumiegravere car crsquoestbien sur ce modegravele qui explique les lois deDescartes qui est utiliseacutees dans leprocessus de lecture du disque
a) Drsquoun systegraveme optique agrave un systegraveme eacutelectrique
On consideacuterera que le CDDVD estcomposeacute drsquoune multitude de creux et debosses le tout recouvert drsquoune couchedrsquoaluminium tregraves fine qui servira dereacuteflecteur
Les creux seront appeleacutes par la suitelaquo microcuvettes raquo et les bosses la surfacelaquo normale raquo du CD
Sur le scheacutema ci-contre une diode lasereacutemet un rayon qui traverse une lame semi-reacutefleacutechissante Ce rayon va laquo frapper la surface du disque Ici on a deux possibiliteacutes
- Drsquoune part le laser rencontre une bosse au quel cas le rayon est reacutefleacutechinaturellement au quel cas il retourne sur la lame semi-reacutefleacutechissante pour aller laquo taper raquo unphotoreacutecepteur La tension marqueacutee est dite forte car elle est supeacuterieur nettement agrave 0
- Drsquoautre part le laser rencontre une microcuvette au quel cas le rayon estcomplegravetement reacutefleacutechi mais dans tous les sens possibles de ce fait le rayon restant pouraller laquo taper raquo le photoreacutecepteur est trop faible la tension marqueacutee est sensiblement nulle
Crsquoest gracircce aux lois de Descartes si le rayon arrive jusqursquoau photoreacutecepteur En effetsi on ne connaissait pas la trajectoire du rayon apregraves avoir tapeacute la surface du disque riennrsquoaurait eacuteteacute placeacute pour reacutecupeacuterer lrsquointeacutegraliteacute du rayon
Pour un DVD les lois srsquoapplique de la mecircme maniegravere bien qursquoil y ait 2 couches delecture La seconde couche fonctionne pareil que celle du CD classique alors que lapremiegravere couche est semi-reacuteflechissante Selon la position de la lentille le faisceau nerevient pas avec exactement la mecircme puissance de ce fait les tensions varient Comme onconnaicirct les tensions recueillies par la reacuteflexion de la seconde couche celle de la premiegraveresont retrouveacutees tregraves aiseacutement
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b) Drsquoun systegraveme eacutelectrique aux donneacutees informatiques
Sur le scheacutema preacuteceacutedent la tension donneacutee dans le circuit eacutetait convertit sous formede donneacutees analogiques qui eacutetaient travailleacutees par un systegraveme de Haut-Parleur Eninformatique le proceacutedeacute drsquoanalogisme est utiliseacute qursquoen dernier recours car il contientbeaucoup trop drsquoerreur De ce fait les donneacutees restent sous leur forme numeacuterique
Comment ccedila marche A dire vrai le numeacuterique est un codage de donneacutees sous forme dechiffres binaires (0 et 1) On lrsquoa vu preacuteceacutedemment le signal lumineux eacutetait converti en tensioneacutelectrique Cette tension si elle est nulle correspondra agrave unlaquo 0 raquo et si elle est nettement supeacuterieure agrave 0 elle correspondra agravelaquo 1 raquo Attention le circuit eacutelectrique ne transmet pas de 0 ou de1 ce nrsquoest qursquoun codage logique pour faire correspondre lavision de lrsquohomme agrave lrsquoeacutemission drsquoimpulsions eacutelectriques En effetune impulsion correspond agrave une mise sous tension donc agravelaquo 1 raquo pas drsquoimpulsion eacutequivaut agrave tension nulle donc agrave laquo 0 raquo
c) Ecriture du disque
Un disque ne se fabrique pas par magie on le laquo grave raquoLe fait de graver est le mecircme que sur la roche on module unede couche de matiegravere pour y laisser des inscriptions Latechnique a certainement eacutevolueacute pour le CD depuis sonapparution mais le principe reste le mecircme
Un disque commercial (deacutejagrave graveacute) est fait avec la mecircmemeacutethode un laser a moduleacute une couche photosensible selon lecode drsquoeacutecriture binaire La couche a alors pris lrsquoallure de laquo creuxet de bosses raquo On a alors recouvert le tout drsquoune couchemeacutetallique qui a prit lrsquoempreinte de la couche preacuteceacutedente Cettecouche sert alors de laquo moule raquo pour le support en PCV dudisque Le support est agrave son tour mouleacute puis recouvert drsquoun filmdrsquoaluminium qui servira pour la reacuteflexion de la lumiegravere (cf voirscheacutema ci-contre) Pour DVD la technique est la mecircme agrave partque la premiegravere couche est toujours semi-reacutefleacutechissante
De nos jours le systegraveme a un peu eacutevolueacute mecircme si les CD commerciaux sont toujoursgraveacutes de la mecircme maniegravere (mecircme si apregraves correction de deacutefaut la platine drsquoaluminium aeacuteteacute emprisonneacutee dans le PVC) Lrsquoeacutevolution se remarque du fait que lrsquoon peut graver nousmecircme nos propres CD (-R ou -RW) et mecircme nos DVD (plusmnR plusmnRW ou RAM) le tout gracircce agrave unpetit appareil le graveur Il ne reacutepond plus au mecircme systegraveme que preacuteceacutedemment mais ilfait tout de mecircme un aussi bon travail que son aicircneacute
En conclusion la lumiegravere pour un CD ou DVD nrsquoa qursquoun rocircle tregraves mineur elle sert agravereacuteveacuteler une empreinte poseacutee sur une laquo suite de miroir raquo placeacutes agrave deux niveaux diffeacuterentsComme lrsquoutilisation de la lumiegravere est plutocirct simpliste il convient mieux drsquoappliquer les lois deDescartes et dont le modegravele ondulatoire plutocirct que drsquoappliquer un modegravele complexe qursquoest lecorpusculaire
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Conclusion
Durant toute cette eacutetude on a vu de plusieurs modegraveles de la lumiegravere ceux-ci nousaidant agrave mieux comprendre son utilisation pour la technologie moderne de transfert et destockage de lrsquoinformation
La lumiegravere elle-mecircme nrsquoa qursquoun faible rocircle on lrsquoa vu par lrsquointermeacutediaire du CD Sonrocircle est de reacuteveacuteleacute une empreinte sur une surface reacutefleacutechissante moduleacutee le tout seratranscris de sorte qursquoon puisse srsquoen resservir sous une autre forme Si la surface nrsquoest pasmoduleacutee crsquoest que crsquoest le rayon lui-mecircme qui est moduleacute sous forme drsquoimpulsion tel quenous lrsquoavons vue dans le cas de la fibre optique
Les deux modegraveles eacutetablis de la lumiegravere ont eacuteteacute veacuterifieacutes comme eacutetant valable selon lesutilisations qursquoon a de la lumiegravere auquel cas on observera deux situations diffeacuterentes
- Drsquoune part le modegravele corpusculaire qui permet drsquoexpliquer beaucoup de chose surla lumiegravere notamment son deacuteplacement chaotique dans la fibre optique
- Drsquoautre part le model ondulatoire qui lui plus simple que le preacuteceacutedent permet desrsquointeacuteresser agrave un cas bien particulier de la lumiegravere lorsque celle-ci est assimileacute agraveun rayon circulant en ligne droite
Par conseacutequent on peut dire que la lumiegravere ne stocke pas la lumiegravere mais ne sertqursquoagrave la faire transmettre drsquoun support agrave un autre tels que du CD vers lrsquoinformatique ou drsquouneacutemetteur agrave un reacutecepteur en passant par la fibre optiqueLa lumiegravere est donc un eacuteleacutement indispensable au bon deacuteveloppement de la civilisationhumaine tant au niveau des conditions de vie que du deacuteveloppement technologique
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LEXIQUE
Tous les termes importants employeacutes dans le dossier sont reacutepertorieacutes ici avec leur deacutefinition
Analogique se dit drsquoun signal qui geacuteneacuteralement et contrairement au numeacuterique estextrecircmement complexe mais pour un mecircme flux de donneacutees brutes on observe que latotaliteacute des informations est deacutejagrave passeacute alors que en numeacuterique ccedila demande beaucoup plusde flux
CD et DVD (Compact Disk et Digital Versatile Disk) sont les sigles qui deacutesignent le DisqueLaser et le Disque Digitale agrave Multifonction Ces disques ont remplaceacutes le vieux disquemagneacutetique Vinyle la bande cassette magneacutetique sonore ou videacuteo De nos jours ce sontdes produits de haute consommation tout ce qursquoil y a de plus classique Toutefois ils sontameneacutes agrave disparaicirctre remplaceacutes par leur successeur le HQ-DVD (High Quality DVD) ouBlue Ray Disk celui-ci eacutetant baseacute sur le principe drsquoun laser bleu donc drsquoune lumiegraveremonochromatique agrave plus faible longueur drsquoonde et par conseacutequent les creux et bosses dudisque peuvent ecirctre beaucoup plus nombreux drsquoougrave un gain eacutenorme de place
Ceacuteleacuteriteacute dune onde est sa vitesse de propagation Celle de la lumiegravere la plus connue estde 300 000 kms-1
Champ eacutelectromagneacutetique est le concept central de leacutelectromagneacutetisme On le conccediloitsouvent comme composition des deux champs vectoriels que lon peut mesurerindeacutependamment le champ eacutelectrique E et le champ magneacutetique B Mais ces deux champsne sont pas seacuteparables
Electroscope Appareil qui permet de deacutetecter une charge eacutelectrique
Freacutequence drsquoonde La freacutequence dun pheacutenomegravene est le nombre de cycles qui seproduisent durant une seconde Luniteacute de la freacutequence est lrsquoHertz (Hz) Le courant alternatifqui alimente nos appareils eacutelectriques a une freacutequence de 50 Hz Cela signifie que leseacutelectrons qui creacuteent le courant changent de direction 20 fois par seconde
Fibre optique Tregraves mince fil de verre (tregraves fragile) permettant de transporter de linformationsous la forme dimpulsions lumineuses
Infrarouge Lumiegravere situeacutee au-delagrave du rouge dans le spectre des couleurs Alors que cettelumiegravere nest pas visible aux yeux humains les eacutemetteurs et les reacutecepteurs infrarougespeuvent envoyer et recevoir des signaux infrarouges
Interfeacuterence Superposition et somme algeacutebrique conseacutequente de deux ondes dunpheacutenomegravene physique vibratoire Linterfeacuterence se manifeste dans les teacuteleacutecommunications enoptique en acoustique et plus geacuteneacuteralement lorsquon a une propagation deacutenergie de typeondulatoire
Longueur drsquoonde est la distance entre deux cycles conseacutecutifs de londe
Lumiegravere polychromatique lumiegravere composeacutee de radiations de longueurs drsquoondesdiffeacuterentes La lumiegravere laquo blanche raquo est une lumiegravere polychromatique
Monochromatique lumiegravere composeacutee drsquoune radiation (de freacutequence deacutefinie) Un laser He-Ne eacutemet une lumiegravere monochromatique
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N indice caracteacuterisant le milieu dans lequel la lumiegravere se propage
Numeacuterique le numeacuterique est un codage extrecircmement simple mais tregraves encombrant Il secompose drsquoune longue chaicircne de laquo 0 raquo et laquo 1 raquo nommeacute bit Tous les 4x bits (ougrave X est unentier naturel) on a un mot En theacuteorie informatique il faut 8 bits pour former un Octet (uniteacutede donneacutees informatiques en anglais crsquoest le Byte) En pratique il faut exactement 8 bitsdrsquoinformation reacuteelle et 2 bits de correction drsquoerreur
Onde Une onde a la faculteacute de transporter de leacutenergie dun point agrave un autre sans quil y aittransfert de matiegravere
Photon est un concept utiliseacute pour repreacutesenter les interactions entre les rayonnementseacutelectromagneacutetiques (notamment la lumiegravere les ultraviolets et les rayons X) et la matiegravere
Spectre une lumiegravere est une somme de lumiegraveres simples de freacutequences et dintensiteacutesdiffeacuterentes La relation entre ces freacutequences et la luminositeacute qui leur correspond sappelle unspectre
plusmnR plusmnRW RAM -R -RW il srsquoagit de norme de gravure Pour CD on parle de CD-R ou CD-RW R correspondant agrave enregistrable (recordable en anglais) et RW agrave reacuteinscriptible(rewritable en anglais) Cette norme srsquoapplique pareil aux DVD agrave un seul deacutetail le + ou le ndashqui lui diffeacuterencie en fait juste le format de Philips(+) de celui de Sony (-) ce qui laisse sous-entendre un proceacutedeacute de gravure diffeacuterent sur quelques points La norme RAM est valableque pour DVD il srsquoagit drsquoun type de disque qui peut-ecirctre compareacute agrave une disquettemagneacutetique car ccedila dureacutee de vie est sensiblement la mecircme en ce qui concerne la reacuteeacutecriture
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BibliographieLivres
Encyclopeacutedie Universalis ndash La lumiegravere
Manuel scolaire Physique Terminale S Didier ndash Programme 1995
Articles de peacuteriodiques
Science et vie junior ndash Hors seacuterie ndeg53
Courrier International ndeg616
Science et vie junior ndeg151
Cahier de science et vie ndeg65
Cleacutes de lrsquoactualiteacute ndeg269
Science et vie ndeg928
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg186
La recherche ndeg216
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg150
Sites Internet
httpwwwsennheiserfrpagephppg=technologietransmissionif
httppedagogieac-
montpellierfrDisciplinesscphysiquesSP30BTS20IRISTransmission20du20signalpdf
httpwwwnew-sngcomnorteldisc1_fcfm
httplullyasarizonaedu~hdolethesethese_hdole_htmlnode5html
httplocochenettransmission_donneesphp
httpwwwlkbensfr~jacquierDESSOptionBhtml
httplasiruniv-lille1frpagesSpectrometrie_Infrarougehtml
httpwwwjbaumannchjbinformatiquewifihtml
httpwwwjautomatisecomWhiteCommunicationWPCuivrehtm
httpwwwwikipediacom
httpwwwfutura-sciencescom
httppersowanadoofrguychaumeton
httpwwwalluphysicsDownloadsPremiC3A8reCours20polycopiC3A9sEffet2
0photoC3A9lectriquepdf
Et beaucoup de connaissances personnelles en ce qui concerne lrsquoinformatique
7
Expeacuterience drsquoHertz
Lrsquoexpeacuterience a eacuteteacute reacutealiseacuteedans le but de comprendre lrsquoaspectcorpusculaire de la lumiegravere (lesphotons) mais a eacutechoueacute pour desraisons que nous ignorons Lesobservations faites ne sont donc pasconformes agrave lrsquoexpeacuterience
Nous aurions du en theacuteorieobserver avec une source de lumiegravere(lampe agrave mercure agrave lrsquoeacutetat gazeux)
- lorsque la plaque de zinc et lrsquoeacutelectroscope sont chargeacutes neacutegativement lrsquoaiguillede lrsquoeacutelectroscope est deacutevieacute a un angle drsquoenviron 25deg puis on eacuteclaire la plaque de zinc etlrsquoeacutelectroscope se deacutecharge (lrsquoaiguille retourne a son eacutetat premier)
On peut alors dire que la lumiegravere semble provoquer le deacutechargement des eacutelectronsde lrsquoaiguille
- lorsque lrsquoeacutelectroscope et la plaque de zinc sont chargeacutes neacutegativement et qursquooninterpose une plaque de verre entre la source de lumiegravere et la plaque de zinc lrsquoaiguille delrsquoeacutelectroscope ne bouge pas On enlegraveve alors la plaque de verre et on observe quelrsquoeacutelectroscope se deacutecharge
On peut maintenant affirmer que crsquoest la lumiegravere qui provoque le deacutechargement delrsquoeacutelectroscope (chargeacute neacutegativement)
- lorsque lrsquoeacutelectroscope et la plaque de zinc sont chargeacutes positivement onnrsquoobserve aucun changement que la plaque de zinc soit eacuteclaireacutee ou non
On peut alors dire que cet effet de la lumiegravere nrsquoa drsquoeffet que lorsque la laquo cible raquo estchargeacutee neacutegativement
On peut conclure cette expeacuterience en disant que la lumiegravere permet drsquoextraire lescharges neacutegatives (les eacutelectrons) du meacutetal On parle drsquoeffet photoeacutelectrique de la lumiegravereTous les comportements de la lumiegravere ne sont donc pas explicables par lrsquoun ou lrsquoautremodegravele ondulatoire ou corpusculaire il nrsquoy a pas de modegravele unique La lumiegravere se comportetantocirct comme une onde tantocirct comme des particules
Le modegravele ondulatoire permet de preacutevoir si beaucoup ou peu de lumiegravere arrive agrave un endroitdonneacute il est efficace pour comprendre la propagation de la lumiegravere dans lrsquoespace De plusle modegravele corpusculaire est efficace pour expliquer les eacutechanges drsquoeacutenergie entre matiegravere etlumiegravere on dit qursquoelle a un comportement quantique
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II LA TRANSMISSION DES DONNEES PAR LA LUMIERE
a) La transmission
Pour que la transmission de donneacutees puisse seacutetablir il doit exister une lignephysique un signal radio eacutelectrique ou lumineux appeleacutee aussi voie de transmission oucanal entre les deux machines Ces voies de transmission sont constitueacutees de plusieurstronccedilons permettant de faire circuler les donneacutees sous forme dondes eacutelectromagneacutetiqueseacutelectriques lumineuses ou mecircme acoustiques On a donc un pheacutenomegravene vibratoire qui sepropage sur le support physique Il en reacutesulte un signal ondulatoire deacutependant de la grandeurphysique que lon fait varier dans le cas de la lumiegravere il sagit dune onde lumineuse
Les ondes sont caracteacuteriseacuteespar leur freacutequence leur amplitude etleur phase
Le principe de la transmission
Pour une transmissiondonneacutee sur une voie decommunication entre deux machinesla communication peut seffectuer dediffeacuterentes maniegraveres Latransmission est caracteacuteriseacutee par
bull le sens des eacutechangesbull le mode de transmission il sagit du nombre de bits envoyeacutes simultaneacutementbull la synchronisation il sagit de la synchronisation entre eacutemetteur et reacutecepteur
Nous utiliserons plusieurs exemples qui permettent de transmettre la lumiegravere
b) La fibre optique
Trois eacuteleacutements essentiels
bull Emetteur diode laserbull Support de transmission fibre optiquebull Reacutecepteur photo-deacutetecteur
De faccedilon tregraves scheacutematique le laser convertit un signal eacutelectrique issu dun appareil decommunication (teacuteleacutephone ordinateur) en un signal optique Ce signal optique estachemineacute par la fibre jusquau deacutetecteur qui fait lopeacuteration inverse du laser cest agrave dire quilconvertit un signal optique en un signal eacutelectrique
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Le laser et le photo-deacutetecteur sont tout deux muni drsquoun circuit imprimeacute (ou puce) quisert agrave transformer les eacutelectrons en photon ou les photons en eacutelectron Nous utilisons le lasercomme source de lumiegravere car leacutenergie de son faisceau est beaucoup plus eacuteleveacutee que cellede nimporte quelle source classique car le laser eacutemet une lumiegravere monochromatique Unelampe peut ecirctre aussi lumineuse quun laser mais contrairement au laser elle eacutemet sur toutesles longueurs dondes
Les fibres optiques ont dabord eacuteteacute utiliseacutees pour faire de
limagerie essentiellement dans le domaine meacutedical
(endoscopie) Lideacutee dutiliser des fibres optiques pour
transmettre de linformation est apparue au deacutebut des anneacutees
60 avec lapparition du laser Neacuteanmoins un effort
consideacuterable devrait ecirctre fait pour reacuteduire les pertes des fibres
qui ne permettaient quune propagation dun signal sur une
distance tregraves reacuteduite typiquement quelques megravetres
Composition dune fibre
- Un noyau (ou cœur) qui veacutehicule lalumiegravere- Une gaine optique qui confine lalumiegravere dans le noyau- Une couche de substrat (parfois) quiaugmente la reacutesistance meacutecanique- Un revecirctement primaire premiegraverecouche de protection meacutecanique
- Un revecirctement secondaire couche exteacuterieure de protection meacutecanique
Photo dune fibre optiquestandard
Teacuteleacutephone(Blablabla)
LASERPHOTO-
DETECTEUR
Teacuteleacutephone(Blablabla)
Signaleacutelectrique
Fibreoptique
Impulsionslumineuses Signal
eacutelectrique
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Les fibres sont identifieacutees par le diamegravetre de leur noyau et le diamegravetre de leur gaine optiquevaleurs donneacutees en micromegravetres (microm) Les fibres optiques sont constitueacutees de deux milieuxdindices optiques diffeacuterents
- Dun coeur (noyau) dindice optique n1- Dune gaine dindice optique n2
Tel que n1 gt n2
De ce fait les rayons lumineux peuvent ecirctre reacutefleacutechis en passant drsquoune gaine agrave lrsquoautre
Pour quun rayon soit guideacute ilfaut que celui-ci soit reacutefleacutechi agravelinterface coeurgaine de la fibre cequi impose une condition sur langledincidence du rayon sur la facedentreacutee de la fibre
c) Lrsquoinfrarouge
La transmission de donneacutees par infrarouge est une technologie reacutecente Uneteacuteleacutecommande est lexemple le plus simple de communication infrarouge
Les infrarouges ne sont pas affecteacutes par les perturbations eacutelectromagneacutetiques Unverrouillage de la freacutequence et un filtrage de la lumiegravere du jour augmentent la fiabiliteacute dusystegraveme
La transmission doit se faire en ligne droite (sans obstacle) mais la dispersion dusignal infrarouge autorise une toleacuterance importante dans lalignement La transmission parinfrarouge permet drsquoutiliser la lumiegravere pour transmettre des donneacutees La transmission parinfrarouge offre une seacutecuriteacute bien plus grande que les autres techniques de transmission Enrevanche le deacutebit est bien plus reacuteduit Il srsquoeacutetend de 1 agrave 2 meacutega octets par seconde (Mos)Unsystegraveme infrarouge comprend trois eacuteleacutements leacutemetteur le diffuseur (parfois ces deuxeacuteleacutements sont combineacutes) et le reacutecepteur
Leacutemetteur achemine le signal audio au diffuseur qui effectue sa conversion enrayonnement infrarouge Le reacutecepteur deacutecode le signal infrarouge et restaure le signal audiooriginal qui peut ecirctre eacutecouteacute sur un casque ou des eacutecouteurs steacutethoscopiques Latransmission infrarouge implique que le reacutecepteur reste agrave porteacutee optique de leacutemetteur Latechnique infrarouge permet eacutegalement la confidentialiteacute des transmissions
Il est possible gracircce agrave la technologie infrarougedobtenir des deacutebits allant de 1 agrave 2 Mos en utilisant unemodulation appeleacute PPM (pulse position modulation)
Gaine optique
Cœur
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La modulation PPM consiste agrave transmettre des impulsions agrave
amplitude constante et agrave coder linformation suivant la position de
limpulsion Le deacutebit de 1 Mos est obtenu avec une modulation de
16-PPM tandis que le deacutebit de 2 Mos est obtenu avec une
modulation 4-PPM permettant de coder deux bits de donneacutees avec
4 positions possibles (ci-contre)
d) Lrsquoœil
Loeil par exemple est un deacutetecteur qui convertit une image en un signal nerveux
achemineacute par le nerf optique Un deacutetecteur optique (ou photodeacutetecteur) convertit un signal
optique en un signal eacutelectrique
Conclusion
LInternet de lavenir aura de plus en plus recours aux fibres optiques - des fils de
verre ou de plastique aussi minces voire de diamegravetre plus petit quun cheveu humain qui
transmettent linformation au moyen de photons des eacuteleacutements entrant dans la composition
de la lumiegravere La transparence de la fibre et la couche de verre tregraves reacutefleacutechissante qui
entoure la fibre permettent agrave la lumiegravere de poursuivre sa route avec pratiquement aucune
perte de signal En conseacutequence la technologie de la fibre optique permet agrave dimportantes
quantiteacutes de donneacutees de franchir en toute fiabiliteacute de grandes distances agrave des vitesses tregraves
eacuteleveacutees
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III Le Stockage de lrsquoinformation par la lumiegravere
Un exemple simple le Compact Disk (CD) et le Digital Versatile Disk (DVD)
La lumiegravere bien pratique agrave toutesnos utilisations est rentreacutee peu agrave peudans lrsquoeacutelectronique et plus preacuteciseacutementdans lrsquoeacutelectro-informatique
Nous eacutetudierons ici la lumiegravere entant que porteuse de donneacutees et nousassimilerons la surface optique du CD agraveune surface composeacutee drsquoun tregraves grandnombre de miroirs nanoscopique (dontnous deacutefinirons la taille plus tard) Ce quinous inteacuteresse ici crsquoest de parler dumodegravele ondulatoire de la lumiegravere car crsquoestbien sur ce modegravele qui explique les lois deDescartes qui est utiliseacutees dans leprocessus de lecture du disque
a) Drsquoun systegraveme optique agrave un systegraveme eacutelectrique
On consideacuterera que le CDDVD estcomposeacute drsquoune multitude de creux et debosses le tout recouvert drsquoune couchedrsquoaluminium tregraves fine qui servira dereacuteflecteur
Les creux seront appeleacutes par la suitelaquo microcuvettes raquo et les bosses la surfacelaquo normale raquo du CD
Sur le scheacutema ci-contre une diode lasereacutemet un rayon qui traverse une lame semi-reacutefleacutechissante Ce rayon va laquo frapper la surface du disque Ici on a deux possibiliteacutes
- Drsquoune part le laser rencontre une bosse au quel cas le rayon est reacutefleacutechinaturellement au quel cas il retourne sur la lame semi-reacutefleacutechissante pour aller laquo taper raquo unphotoreacutecepteur La tension marqueacutee est dite forte car elle est supeacuterieur nettement agrave 0
- Drsquoautre part le laser rencontre une microcuvette au quel cas le rayon estcomplegravetement reacutefleacutechi mais dans tous les sens possibles de ce fait le rayon restant pouraller laquo taper raquo le photoreacutecepteur est trop faible la tension marqueacutee est sensiblement nulle
Crsquoest gracircce aux lois de Descartes si le rayon arrive jusqursquoau photoreacutecepteur En effetsi on ne connaissait pas la trajectoire du rayon apregraves avoir tapeacute la surface du disque riennrsquoaurait eacuteteacute placeacute pour reacutecupeacuterer lrsquointeacutegraliteacute du rayon
Pour un DVD les lois srsquoapplique de la mecircme maniegravere bien qursquoil y ait 2 couches delecture La seconde couche fonctionne pareil que celle du CD classique alors que lapremiegravere couche est semi-reacuteflechissante Selon la position de la lentille le faisceau nerevient pas avec exactement la mecircme puissance de ce fait les tensions varient Comme onconnaicirct les tensions recueillies par la reacuteflexion de la seconde couche celle de la premiegraveresont retrouveacutees tregraves aiseacutement
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b) Drsquoun systegraveme eacutelectrique aux donneacutees informatiques
Sur le scheacutema preacuteceacutedent la tension donneacutee dans le circuit eacutetait convertit sous formede donneacutees analogiques qui eacutetaient travailleacutees par un systegraveme de Haut-Parleur Eninformatique le proceacutedeacute drsquoanalogisme est utiliseacute qursquoen dernier recours car il contientbeaucoup trop drsquoerreur De ce fait les donneacutees restent sous leur forme numeacuterique
Comment ccedila marche A dire vrai le numeacuterique est un codage de donneacutees sous forme dechiffres binaires (0 et 1) On lrsquoa vu preacuteceacutedemment le signal lumineux eacutetait converti en tensioneacutelectrique Cette tension si elle est nulle correspondra agrave unlaquo 0 raquo et si elle est nettement supeacuterieure agrave 0 elle correspondra agravelaquo 1 raquo Attention le circuit eacutelectrique ne transmet pas de 0 ou de1 ce nrsquoest qursquoun codage logique pour faire correspondre lavision de lrsquohomme agrave lrsquoeacutemission drsquoimpulsions eacutelectriques En effetune impulsion correspond agrave une mise sous tension donc agravelaquo 1 raquo pas drsquoimpulsion eacutequivaut agrave tension nulle donc agrave laquo 0 raquo
c) Ecriture du disque
Un disque ne se fabrique pas par magie on le laquo grave raquoLe fait de graver est le mecircme que sur la roche on module unede couche de matiegravere pour y laisser des inscriptions Latechnique a certainement eacutevolueacute pour le CD depuis sonapparution mais le principe reste le mecircme
Un disque commercial (deacutejagrave graveacute) est fait avec la mecircmemeacutethode un laser a moduleacute une couche photosensible selon lecode drsquoeacutecriture binaire La couche a alors pris lrsquoallure de laquo creuxet de bosses raquo On a alors recouvert le tout drsquoune couchemeacutetallique qui a prit lrsquoempreinte de la couche preacuteceacutedente Cettecouche sert alors de laquo moule raquo pour le support en PCV dudisque Le support est agrave son tour mouleacute puis recouvert drsquoun filmdrsquoaluminium qui servira pour la reacuteflexion de la lumiegravere (cf voirscheacutema ci-contre) Pour DVD la technique est la mecircme agrave partque la premiegravere couche est toujours semi-reacutefleacutechissante
De nos jours le systegraveme a un peu eacutevolueacute mecircme si les CD commerciaux sont toujoursgraveacutes de la mecircme maniegravere (mecircme si apregraves correction de deacutefaut la platine drsquoaluminium aeacuteteacute emprisonneacutee dans le PVC) Lrsquoeacutevolution se remarque du fait que lrsquoon peut graver nousmecircme nos propres CD (-R ou -RW) et mecircme nos DVD (plusmnR plusmnRW ou RAM) le tout gracircce agrave unpetit appareil le graveur Il ne reacutepond plus au mecircme systegraveme que preacuteceacutedemment mais ilfait tout de mecircme un aussi bon travail que son aicircneacute
En conclusion la lumiegravere pour un CD ou DVD nrsquoa qursquoun rocircle tregraves mineur elle sert agravereacuteveacuteler une empreinte poseacutee sur une laquo suite de miroir raquo placeacutes agrave deux niveaux diffeacuterentsComme lrsquoutilisation de la lumiegravere est plutocirct simpliste il convient mieux drsquoappliquer les lois deDescartes et dont le modegravele ondulatoire plutocirct que drsquoappliquer un modegravele complexe qursquoest lecorpusculaire
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Conclusion
Durant toute cette eacutetude on a vu de plusieurs modegraveles de la lumiegravere ceux-ci nousaidant agrave mieux comprendre son utilisation pour la technologie moderne de transfert et destockage de lrsquoinformation
La lumiegravere elle-mecircme nrsquoa qursquoun faible rocircle on lrsquoa vu par lrsquointermeacutediaire du CD Sonrocircle est de reacuteveacuteleacute une empreinte sur une surface reacutefleacutechissante moduleacutee le tout seratranscris de sorte qursquoon puisse srsquoen resservir sous une autre forme Si la surface nrsquoest pasmoduleacutee crsquoest que crsquoest le rayon lui-mecircme qui est moduleacute sous forme drsquoimpulsion tel quenous lrsquoavons vue dans le cas de la fibre optique
Les deux modegraveles eacutetablis de la lumiegravere ont eacuteteacute veacuterifieacutes comme eacutetant valable selon lesutilisations qursquoon a de la lumiegravere auquel cas on observera deux situations diffeacuterentes
- Drsquoune part le modegravele corpusculaire qui permet drsquoexpliquer beaucoup de chose surla lumiegravere notamment son deacuteplacement chaotique dans la fibre optique
- Drsquoautre part le model ondulatoire qui lui plus simple que le preacuteceacutedent permet desrsquointeacuteresser agrave un cas bien particulier de la lumiegravere lorsque celle-ci est assimileacute agraveun rayon circulant en ligne droite
Par conseacutequent on peut dire que la lumiegravere ne stocke pas la lumiegravere mais ne sertqursquoagrave la faire transmettre drsquoun support agrave un autre tels que du CD vers lrsquoinformatique ou drsquouneacutemetteur agrave un reacutecepteur en passant par la fibre optiqueLa lumiegravere est donc un eacuteleacutement indispensable au bon deacuteveloppement de la civilisationhumaine tant au niveau des conditions de vie que du deacuteveloppement technologique
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LEXIQUE
Tous les termes importants employeacutes dans le dossier sont reacutepertorieacutes ici avec leur deacutefinition
Analogique se dit drsquoun signal qui geacuteneacuteralement et contrairement au numeacuterique estextrecircmement complexe mais pour un mecircme flux de donneacutees brutes on observe que latotaliteacute des informations est deacutejagrave passeacute alors que en numeacuterique ccedila demande beaucoup plusde flux
CD et DVD (Compact Disk et Digital Versatile Disk) sont les sigles qui deacutesignent le DisqueLaser et le Disque Digitale agrave Multifonction Ces disques ont remplaceacutes le vieux disquemagneacutetique Vinyle la bande cassette magneacutetique sonore ou videacuteo De nos jours ce sontdes produits de haute consommation tout ce qursquoil y a de plus classique Toutefois ils sontameneacutes agrave disparaicirctre remplaceacutes par leur successeur le HQ-DVD (High Quality DVD) ouBlue Ray Disk celui-ci eacutetant baseacute sur le principe drsquoun laser bleu donc drsquoune lumiegraveremonochromatique agrave plus faible longueur drsquoonde et par conseacutequent les creux et bosses dudisque peuvent ecirctre beaucoup plus nombreux drsquoougrave un gain eacutenorme de place
Ceacuteleacuteriteacute dune onde est sa vitesse de propagation Celle de la lumiegravere la plus connue estde 300 000 kms-1
Champ eacutelectromagneacutetique est le concept central de leacutelectromagneacutetisme On le conccediloitsouvent comme composition des deux champs vectoriels que lon peut mesurerindeacutependamment le champ eacutelectrique E et le champ magneacutetique B Mais ces deux champsne sont pas seacuteparables
Electroscope Appareil qui permet de deacutetecter une charge eacutelectrique
Freacutequence drsquoonde La freacutequence dun pheacutenomegravene est le nombre de cycles qui seproduisent durant une seconde Luniteacute de la freacutequence est lrsquoHertz (Hz) Le courant alternatifqui alimente nos appareils eacutelectriques a une freacutequence de 50 Hz Cela signifie que leseacutelectrons qui creacuteent le courant changent de direction 20 fois par seconde
Fibre optique Tregraves mince fil de verre (tregraves fragile) permettant de transporter de linformationsous la forme dimpulsions lumineuses
Infrarouge Lumiegravere situeacutee au-delagrave du rouge dans le spectre des couleurs Alors que cettelumiegravere nest pas visible aux yeux humains les eacutemetteurs et les reacutecepteurs infrarougespeuvent envoyer et recevoir des signaux infrarouges
Interfeacuterence Superposition et somme algeacutebrique conseacutequente de deux ondes dunpheacutenomegravene physique vibratoire Linterfeacuterence se manifeste dans les teacuteleacutecommunications enoptique en acoustique et plus geacuteneacuteralement lorsquon a une propagation deacutenergie de typeondulatoire
Longueur drsquoonde est la distance entre deux cycles conseacutecutifs de londe
Lumiegravere polychromatique lumiegravere composeacutee de radiations de longueurs drsquoondesdiffeacuterentes La lumiegravere laquo blanche raquo est une lumiegravere polychromatique
Monochromatique lumiegravere composeacutee drsquoune radiation (de freacutequence deacutefinie) Un laser He-Ne eacutemet une lumiegravere monochromatique
16
N indice caracteacuterisant le milieu dans lequel la lumiegravere se propage
Numeacuterique le numeacuterique est un codage extrecircmement simple mais tregraves encombrant Il secompose drsquoune longue chaicircne de laquo 0 raquo et laquo 1 raquo nommeacute bit Tous les 4x bits (ougrave X est unentier naturel) on a un mot En theacuteorie informatique il faut 8 bits pour former un Octet (uniteacutede donneacutees informatiques en anglais crsquoest le Byte) En pratique il faut exactement 8 bitsdrsquoinformation reacuteelle et 2 bits de correction drsquoerreur
Onde Une onde a la faculteacute de transporter de leacutenergie dun point agrave un autre sans quil y aittransfert de matiegravere
Photon est un concept utiliseacute pour repreacutesenter les interactions entre les rayonnementseacutelectromagneacutetiques (notamment la lumiegravere les ultraviolets et les rayons X) et la matiegravere
Spectre une lumiegravere est une somme de lumiegraveres simples de freacutequences et dintensiteacutesdiffeacuterentes La relation entre ces freacutequences et la luminositeacute qui leur correspond sappelle unspectre
plusmnR plusmnRW RAM -R -RW il srsquoagit de norme de gravure Pour CD on parle de CD-R ou CD-RW R correspondant agrave enregistrable (recordable en anglais) et RW agrave reacuteinscriptible(rewritable en anglais) Cette norme srsquoapplique pareil aux DVD agrave un seul deacutetail le + ou le ndashqui lui diffeacuterencie en fait juste le format de Philips(+) de celui de Sony (-) ce qui laisse sous-entendre un proceacutedeacute de gravure diffeacuterent sur quelques points La norme RAM est valableque pour DVD il srsquoagit drsquoun type de disque qui peut-ecirctre compareacute agrave une disquettemagneacutetique car ccedila dureacutee de vie est sensiblement la mecircme en ce qui concerne la reacuteeacutecriture
17
BibliographieLivres
Encyclopeacutedie Universalis ndash La lumiegravere
Manuel scolaire Physique Terminale S Didier ndash Programme 1995
Articles de peacuteriodiques
Science et vie junior ndash Hors seacuterie ndeg53
Courrier International ndeg616
Science et vie junior ndeg151
Cahier de science et vie ndeg65
Cleacutes de lrsquoactualiteacute ndeg269
Science et vie ndeg928
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg186
La recherche ndeg216
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg150
Sites Internet
httpwwwsennheiserfrpagephppg=technologietransmissionif
httppedagogieac-
montpellierfrDisciplinesscphysiquesSP30BTS20IRISTransmission20du20signalpdf
httpwwwnew-sngcomnorteldisc1_fcfm
httplullyasarizonaedu~hdolethesethese_hdole_htmlnode5html
httplocochenettransmission_donneesphp
httpwwwlkbensfr~jacquierDESSOptionBhtml
httplasiruniv-lille1frpagesSpectrometrie_Infrarougehtml
httpwwwjbaumannchjbinformatiquewifihtml
httpwwwjautomatisecomWhiteCommunicationWPCuivrehtm
httpwwwwikipediacom
httpwwwfutura-sciencescom
httppersowanadoofrguychaumeton
httpwwwalluphysicsDownloadsPremiC3A8reCours20polycopiC3A9sEffet2
0photoC3A9lectriquepdf
Et beaucoup de connaissances personnelles en ce qui concerne lrsquoinformatique
8
II LA TRANSMISSION DES DONNEES PAR LA LUMIERE
a) La transmission
Pour que la transmission de donneacutees puisse seacutetablir il doit exister une lignephysique un signal radio eacutelectrique ou lumineux appeleacutee aussi voie de transmission oucanal entre les deux machines Ces voies de transmission sont constitueacutees de plusieurstronccedilons permettant de faire circuler les donneacutees sous forme dondes eacutelectromagneacutetiqueseacutelectriques lumineuses ou mecircme acoustiques On a donc un pheacutenomegravene vibratoire qui sepropage sur le support physique Il en reacutesulte un signal ondulatoire deacutependant de la grandeurphysique que lon fait varier dans le cas de la lumiegravere il sagit dune onde lumineuse
Les ondes sont caracteacuteriseacuteespar leur freacutequence leur amplitude etleur phase
Le principe de la transmission
Pour une transmissiondonneacutee sur une voie decommunication entre deux machinesla communication peut seffectuer dediffeacuterentes maniegraveres Latransmission est caracteacuteriseacutee par
bull le sens des eacutechangesbull le mode de transmission il sagit du nombre de bits envoyeacutes simultaneacutementbull la synchronisation il sagit de la synchronisation entre eacutemetteur et reacutecepteur
Nous utiliserons plusieurs exemples qui permettent de transmettre la lumiegravere
b) La fibre optique
Trois eacuteleacutements essentiels
bull Emetteur diode laserbull Support de transmission fibre optiquebull Reacutecepteur photo-deacutetecteur
De faccedilon tregraves scheacutematique le laser convertit un signal eacutelectrique issu dun appareil decommunication (teacuteleacutephone ordinateur) en un signal optique Ce signal optique estachemineacute par la fibre jusquau deacutetecteur qui fait lopeacuteration inverse du laser cest agrave dire quilconvertit un signal optique en un signal eacutelectrique
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Le laser et le photo-deacutetecteur sont tout deux muni drsquoun circuit imprimeacute (ou puce) quisert agrave transformer les eacutelectrons en photon ou les photons en eacutelectron Nous utilisons le lasercomme source de lumiegravere car leacutenergie de son faisceau est beaucoup plus eacuteleveacutee que cellede nimporte quelle source classique car le laser eacutemet une lumiegravere monochromatique Unelampe peut ecirctre aussi lumineuse quun laser mais contrairement au laser elle eacutemet sur toutesles longueurs dondes
Les fibres optiques ont dabord eacuteteacute utiliseacutees pour faire de
limagerie essentiellement dans le domaine meacutedical
(endoscopie) Lideacutee dutiliser des fibres optiques pour
transmettre de linformation est apparue au deacutebut des anneacutees
60 avec lapparition du laser Neacuteanmoins un effort
consideacuterable devrait ecirctre fait pour reacuteduire les pertes des fibres
qui ne permettaient quune propagation dun signal sur une
distance tregraves reacuteduite typiquement quelques megravetres
Composition dune fibre
- Un noyau (ou cœur) qui veacutehicule lalumiegravere- Une gaine optique qui confine lalumiegravere dans le noyau- Une couche de substrat (parfois) quiaugmente la reacutesistance meacutecanique- Un revecirctement primaire premiegraverecouche de protection meacutecanique
- Un revecirctement secondaire couche exteacuterieure de protection meacutecanique
Photo dune fibre optiquestandard
Teacuteleacutephone(Blablabla)
LASERPHOTO-
DETECTEUR
Teacuteleacutephone(Blablabla)
Signaleacutelectrique
Fibreoptique
Impulsionslumineuses Signal
eacutelectrique
10
Les fibres sont identifieacutees par le diamegravetre de leur noyau et le diamegravetre de leur gaine optiquevaleurs donneacutees en micromegravetres (microm) Les fibres optiques sont constitueacutees de deux milieuxdindices optiques diffeacuterents
- Dun coeur (noyau) dindice optique n1- Dune gaine dindice optique n2
Tel que n1 gt n2
De ce fait les rayons lumineux peuvent ecirctre reacutefleacutechis en passant drsquoune gaine agrave lrsquoautre
Pour quun rayon soit guideacute ilfaut que celui-ci soit reacutefleacutechi agravelinterface coeurgaine de la fibre cequi impose une condition sur langledincidence du rayon sur la facedentreacutee de la fibre
c) Lrsquoinfrarouge
La transmission de donneacutees par infrarouge est une technologie reacutecente Uneteacuteleacutecommande est lexemple le plus simple de communication infrarouge
Les infrarouges ne sont pas affecteacutes par les perturbations eacutelectromagneacutetiques Unverrouillage de la freacutequence et un filtrage de la lumiegravere du jour augmentent la fiabiliteacute dusystegraveme
La transmission doit se faire en ligne droite (sans obstacle) mais la dispersion dusignal infrarouge autorise une toleacuterance importante dans lalignement La transmission parinfrarouge permet drsquoutiliser la lumiegravere pour transmettre des donneacutees La transmission parinfrarouge offre une seacutecuriteacute bien plus grande que les autres techniques de transmission Enrevanche le deacutebit est bien plus reacuteduit Il srsquoeacutetend de 1 agrave 2 meacutega octets par seconde (Mos)Unsystegraveme infrarouge comprend trois eacuteleacutements leacutemetteur le diffuseur (parfois ces deuxeacuteleacutements sont combineacutes) et le reacutecepteur
Leacutemetteur achemine le signal audio au diffuseur qui effectue sa conversion enrayonnement infrarouge Le reacutecepteur deacutecode le signal infrarouge et restaure le signal audiooriginal qui peut ecirctre eacutecouteacute sur un casque ou des eacutecouteurs steacutethoscopiques Latransmission infrarouge implique que le reacutecepteur reste agrave porteacutee optique de leacutemetteur Latechnique infrarouge permet eacutegalement la confidentialiteacute des transmissions
Il est possible gracircce agrave la technologie infrarougedobtenir des deacutebits allant de 1 agrave 2 Mos en utilisant unemodulation appeleacute PPM (pulse position modulation)
Gaine optique
Cœur
11
La modulation PPM consiste agrave transmettre des impulsions agrave
amplitude constante et agrave coder linformation suivant la position de
limpulsion Le deacutebit de 1 Mos est obtenu avec une modulation de
16-PPM tandis que le deacutebit de 2 Mos est obtenu avec une
modulation 4-PPM permettant de coder deux bits de donneacutees avec
4 positions possibles (ci-contre)
d) Lrsquoœil
Loeil par exemple est un deacutetecteur qui convertit une image en un signal nerveux
achemineacute par le nerf optique Un deacutetecteur optique (ou photodeacutetecteur) convertit un signal
optique en un signal eacutelectrique
Conclusion
LInternet de lavenir aura de plus en plus recours aux fibres optiques - des fils de
verre ou de plastique aussi minces voire de diamegravetre plus petit quun cheveu humain qui
transmettent linformation au moyen de photons des eacuteleacutements entrant dans la composition
de la lumiegravere La transparence de la fibre et la couche de verre tregraves reacutefleacutechissante qui
entoure la fibre permettent agrave la lumiegravere de poursuivre sa route avec pratiquement aucune
perte de signal En conseacutequence la technologie de la fibre optique permet agrave dimportantes
quantiteacutes de donneacutees de franchir en toute fiabiliteacute de grandes distances agrave des vitesses tregraves
eacuteleveacutees
12
III Le Stockage de lrsquoinformation par la lumiegravere
Un exemple simple le Compact Disk (CD) et le Digital Versatile Disk (DVD)
La lumiegravere bien pratique agrave toutesnos utilisations est rentreacutee peu agrave peudans lrsquoeacutelectronique et plus preacuteciseacutementdans lrsquoeacutelectro-informatique
Nous eacutetudierons ici la lumiegravere entant que porteuse de donneacutees et nousassimilerons la surface optique du CD agraveune surface composeacutee drsquoun tregraves grandnombre de miroirs nanoscopique (dontnous deacutefinirons la taille plus tard) Ce quinous inteacuteresse ici crsquoest de parler dumodegravele ondulatoire de la lumiegravere car crsquoestbien sur ce modegravele qui explique les lois deDescartes qui est utiliseacutees dans leprocessus de lecture du disque
a) Drsquoun systegraveme optique agrave un systegraveme eacutelectrique
On consideacuterera que le CDDVD estcomposeacute drsquoune multitude de creux et debosses le tout recouvert drsquoune couchedrsquoaluminium tregraves fine qui servira dereacuteflecteur
Les creux seront appeleacutes par la suitelaquo microcuvettes raquo et les bosses la surfacelaquo normale raquo du CD
Sur le scheacutema ci-contre une diode lasereacutemet un rayon qui traverse une lame semi-reacutefleacutechissante Ce rayon va laquo frapper la surface du disque Ici on a deux possibiliteacutes
- Drsquoune part le laser rencontre une bosse au quel cas le rayon est reacutefleacutechinaturellement au quel cas il retourne sur la lame semi-reacutefleacutechissante pour aller laquo taper raquo unphotoreacutecepteur La tension marqueacutee est dite forte car elle est supeacuterieur nettement agrave 0
- Drsquoautre part le laser rencontre une microcuvette au quel cas le rayon estcomplegravetement reacutefleacutechi mais dans tous les sens possibles de ce fait le rayon restant pouraller laquo taper raquo le photoreacutecepteur est trop faible la tension marqueacutee est sensiblement nulle
Crsquoest gracircce aux lois de Descartes si le rayon arrive jusqursquoau photoreacutecepteur En effetsi on ne connaissait pas la trajectoire du rayon apregraves avoir tapeacute la surface du disque riennrsquoaurait eacuteteacute placeacute pour reacutecupeacuterer lrsquointeacutegraliteacute du rayon
Pour un DVD les lois srsquoapplique de la mecircme maniegravere bien qursquoil y ait 2 couches delecture La seconde couche fonctionne pareil que celle du CD classique alors que lapremiegravere couche est semi-reacuteflechissante Selon la position de la lentille le faisceau nerevient pas avec exactement la mecircme puissance de ce fait les tensions varient Comme onconnaicirct les tensions recueillies par la reacuteflexion de la seconde couche celle de la premiegraveresont retrouveacutees tregraves aiseacutement
13
b) Drsquoun systegraveme eacutelectrique aux donneacutees informatiques
Sur le scheacutema preacuteceacutedent la tension donneacutee dans le circuit eacutetait convertit sous formede donneacutees analogiques qui eacutetaient travailleacutees par un systegraveme de Haut-Parleur Eninformatique le proceacutedeacute drsquoanalogisme est utiliseacute qursquoen dernier recours car il contientbeaucoup trop drsquoerreur De ce fait les donneacutees restent sous leur forme numeacuterique
Comment ccedila marche A dire vrai le numeacuterique est un codage de donneacutees sous forme dechiffres binaires (0 et 1) On lrsquoa vu preacuteceacutedemment le signal lumineux eacutetait converti en tensioneacutelectrique Cette tension si elle est nulle correspondra agrave unlaquo 0 raquo et si elle est nettement supeacuterieure agrave 0 elle correspondra agravelaquo 1 raquo Attention le circuit eacutelectrique ne transmet pas de 0 ou de1 ce nrsquoest qursquoun codage logique pour faire correspondre lavision de lrsquohomme agrave lrsquoeacutemission drsquoimpulsions eacutelectriques En effetune impulsion correspond agrave une mise sous tension donc agravelaquo 1 raquo pas drsquoimpulsion eacutequivaut agrave tension nulle donc agrave laquo 0 raquo
c) Ecriture du disque
Un disque ne se fabrique pas par magie on le laquo grave raquoLe fait de graver est le mecircme que sur la roche on module unede couche de matiegravere pour y laisser des inscriptions Latechnique a certainement eacutevolueacute pour le CD depuis sonapparution mais le principe reste le mecircme
Un disque commercial (deacutejagrave graveacute) est fait avec la mecircmemeacutethode un laser a moduleacute une couche photosensible selon lecode drsquoeacutecriture binaire La couche a alors pris lrsquoallure de laquo creuxet de bosses raquo On a alors recouvert le tout drsquoune couchemeacutetallique qui a prit lrsquoempreinte de la couche preacuteceacutedente Cettecouche sert alors de laquo moule raquo pour le support en PCV dudisque Le support est agrave son tour mouleacute puis recouvert drsquoun filmdrsquoaluminium qui servira pour la reacuteflexion de la lumiegravere (cf voirscheacutema ci-contre) Pour DVD la technique est la mecircme agrave partque la premiegravere couche est toujours semi-reacutefleacutechissante
De nos jours le systegraveme a un peu eacutevolueacute mecircme si les CD commerciaux sont toujoursgraveacutes de la mecircme maniegravere (mecircme si apregraves correction de deacutefaut la platine drsquoaluminium aeacuteteacute emprisonneacutee dans le PVC) Lrsquoeacutevolution se remarque du fait que lrsquoon peut graver nousmecircme nos propres CD (-R ou -RW) et mecircme nos DVD (plusmnR plusmnRW ou RAM) le tout gracircce agrave unpetit appareil le graveur Il ne reacutepond plus au mecircme systegraveme que preacuteceacutedemment mais ilfait tout de mecircme un aussi bon travail que son aicircneacute
En conclusion la lumiegravere pour un CD ou DVD nrsquoa qursquoun rocircle tregraves mineur elle sert agravereacuteveacuteler une empreinte poseacutee sur une laquo suite de miroir raquo placeacutes agrave deux niveaux diffeacuterentsComme lrsquoutilisation de la lumiegravere est plutocirct simpliste il convient mieux drsquoappliquer les lois deDescartes et dont le modegravele ondulatoire plutocirct que drsquoappliquer un modegravele complexe qursquoest lecorpusculaire
14
Conclusion
Durant toute cette eacutetude on a vu de plusieurs modegraveles de la lumiegravere ceux-ci nousaidant agrave mieux comprendre son utilisation pour la technologie moderne de transfert et destockage de lrsquoinformation
La lumiegravere elle-mecircme nrsquoa qursquoun faible rocircle on lrsquoa vu par lrsquointermeacutediaire du CD Sonrocircle est de reacuteveacuteleacute une empreinte sur une surface reacutefleacutechissante moduleacutee le tout seratranscris de sorte qursquoon puisse srsquoen resservir sous une autre forme Si la surface nrsquoest pasmoduleacutee crsquoest que crsquoest le rayon lui-mecircme qui est moduleacute sous forme drsquoimpulsion tel quenous lrsquoavons vue dans le cas de la fibre optique
Les deux modegraveles eacutetablis de la lumiegravere ont eacuteteacute veacuterifieacutes comme eacutetant valable selon lesutilisations qursquoon a de la lumiegravere auquel cas on observera deux situations diffeacuterentes
- Drsquoune part le modegravele corpusculaire qui permet drsquoexpliquer beaucoup de chose surla lumiegravere notamment son deacuteplacement chaotique dans la fibre optique
- Drsquoautre part le model ondulatoire qui lui plus simple que le preacuteceacutedent permet desrsquointeacuteresser agrave un cas bien particulier de la lumiegravere lorsque celle-ci est assimileacute agraveun rayon circulant en ligne droite
Par conseacutequent on peut dire que la lumiegravere ne stocke pas la lumiegravere mais ne sertqursquoagrave la faire transmettre drsquoun support agrave un autre tels que du CD vers lrsquoinformatique ou drsquouneacutemetteur agrave un reacutecepteur en passant par la fibre optiqueLa lumiegravere est donc un eacuteleacutement indispensable au bon deacuteveloppement de la civilisationhumaine tant au niveau des conditions de vie que du deacuteveloppement technologique
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LEXIQUE
Tous les termes importants employeacutes dans le dossier sont reacutepertorieacutes ici avec leur deacutefinition
Analogique se dit drsquoun signal qui geacuteneacuteralement et contrairement au numeacuterique estextrecircmement complexe mais pour un mecircme flux de donneacutees brutes on observe que latotaliteacute des informations est deacutejagrave passeacute alors que en numeacuterique ccedila demande beaucoup plusde flux
CD et DVD (Compact Disk et Digital Versatile Disk) sont les sigles qui deacutesignent le DisqueLaser et le Disque Digitale agrave Multifonction Ces disques ont remplaceacutes le vieux disquemagneacutetique Vinyle la bande cassette magneacutetique sonore ou videacuteo De nos jours ce sontdes produits de haute consommation tout ce qursquoil y a de plus classique Toutefois ils sontameneacutes agrave disparaicirctre remplaceacutes par leur successeur le HQ-DVD (High Quality DVD) ouBlue Ray Disk celui-ci eacutetant baseacute sur le principe drsquoun laser bleu donc drsquoune lumiegraveremonochromatique agrave plus faible longueur drsquoonde et par conseacutequent les creux et bosses dudisque peuvent ecirctre beaucoup plus nombreux drsquoougrave un gain eacutenorme de place
Ceacuteleacuteriteacute dune onde est sa vitesse de propagation Celle de la lumiegravere la plus connue estde 300 000 kms-1
Champ eacutelectromagneacutetique est le concept central de leacutelectromagneacutetisme On le conccediloitsouvent comme composition des deux champs vectoriels que lon peut mesurerindeacutependamment le champ eacutelectrique E et le champ magneacutetique B Mais ces deux champsne sont pas seacuteparables
Electroscope Appareil qui permet de deacutetecter une charge eacutelectrique
Freacutequence drsquoonde La freacutequence dun pheacutenomegravene est le nombre de cycles qui seproduisent durant une seconde Luniteacute de la freacutequence est lrsquoHertz (Hz) Le courant alternatifqui alimente nos appareils eacutelectriques a une freacutequence de 50 Hz Cela signifie que leseacutelectrons qui creacuteent le courant changent de direction 20 fois par seconde
Fibre optique Tregraves mince fil de verre (tregraves fragile) permettant de transporter de linformationsous la forme dimpulsions lumineuses
Infrarouge Lumiegravere situeacutee au-delagrave du rouge dans le spectre des couleurs Alors que cettelumiegravere nest pas visible aux yeux humains les eacutemetteurs et les reacutecepteurs infrarougespeuvent envoyer et recevoir des signaux infrarouges
Interfeacuterence Superposition et somme algeacutebrique conseacutequente de deux ondes dunpheacutenomegravene physique vibratoire Linterfeacuterence se manifeste dans les teacuteleacutecommunications enoptique en acoustique et plus geacuteneacuteralement lorsquon a une propagation deacutenergie de typeondulatoire
Longueur drsquoonde est la distance entre deux cycles conseacutecutifs de londe
Lumiegravere polychromatique lumiegravere composeacutee de radiations de longueurs drsquoondesdiffeacuterentes La lumiegravere laquo blanche raquo est une lumiegravere polychromatique
Monochromatique lumiegravere composeacutee drsquoune radiation (de freacutequence deacutefinie) Un laser He-Ne eacutemet une lumiegravere monochromatique
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N indice caracteacuterisant le milieu dans lequel la lumiegravere se propage
Numeacuterique le numeacuterique est un codage extrecircmement simple mais tregraves encombrant Il secompose drsquoune longue chaicircne de laquo 0 raquo et laquo 1 raquo nommeacute bit Tous les 4x bits (ougrave X est unentier naturel) on a un mot En theacuteorie informatique il faut 8 bits pour former un Octet (uniteacutede donneacutees informatiques en anglais crsquoest le Byte) En pratique il faut exactement 8 bitsdrsquoinformation reacuteelle et 2 bits de correction drsquoerreur
Onde Une onde a la faculteacute de transporter de leacutenergie dun point agrave un autre sans quil y aittransfert de matiegravere
Photon est un concept utiliseacute pour repreacutesenter les interactions entre les rayonnementseacutelectromagneacutetiques (notamment la lumiegravere les ultraviolets et les rayons X) et la matiegravere
Spectre une lumiegravere est une somme de lumiegraveres simples de freacutequences et dintensiteacutesdiffeacuterentes La relation entre ces freacutequences et la luminositeacute qui leur correspond sappelle unspectre
plusmnR plusmnRW RAM -R -RW il srsquoagit de norme de gravure Pour CD on parle de CD-R ou CD-RW R correspondant agrave enregistrable (recordable en anglais) et RW agrave reacuteinscriptible(rewritable en anglais) Cette norme srsquoapplique pareil aux DVD agrave un seul deacutetail le + ou le ndashqui lui diffeacuterencie en fait juste le format de Philips(+) de celui de Sony (-) ce qui laisse sous-entendre un proceacutedeacute de gravure diffeacuterent sur quelques points La norme RAM est valableque pour DVD il srsquoagit drsquoun type de disque qui peut-ecirctre compareacute agrave une disquettemagneacutetique car ccedila dureacutee de vie est sensiblement la mecircme en ce qui concerne la reacuteeacutecriture
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BibliographieLivres
Encyclopeacutedie Universalis ndash La lumiegravere
Manuel scolaire Physique Terminale S Didier ndash Programme 1995
Articles de peacuteriodiques
Science et vie junior ndash Hors seacuterie ndeg53
Courrier International ndeg616
Science et vie junior ndeg151
Cahier de science et vie ndeg65
Cleacutes de lrsquoactualiteacute ndeg269
Science et vie ndeg928
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg186
La recherche ndeg216
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg150
Sites Internet
httpwwwsennheiserfrpagephppg=technologietransmissionif
httppedagogieac-
montpellierfrDisciplinesscphysiquesSP30BTS20IRISTransmission20du20signalpdf
httpwwwnew-sngcomnorteldisc1_fcfm
httplullyasarizonaedu~hdolethesethese_hdole_htmlnode5html
httplocochenettransmission_donneesphp
httpwwwlkbensfr~jacquierDESSOptionBhtml
httplasiruniv-lille1frpagesSpectrometrie_Infrarougehtml
httpwwwjbaumannchjbinformatiquewifihtml
httpwwwjautomatisecomWhiteCommunicationWPCuivrehtm
httpwwwwikipediacom
httpwwwfutura-sciencescom
httppersowanadoofrguychaumeton
httpwwwalluphysicsDownloadsPremiC3A8reCours20polycopiC3A9sEffet2
0photoC3A9lectriquepdf
Et beaucoup de connaissances personnelles en ce qui concerne lrsquoinformatique
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Le laser et le photo-deacutetecteur sont tout deux muni drsquoun circuit imprimeacute (ou puce) quisert agrave transformer les eacutelectrons en photon ou les photons en eacutelectron Nous utilisons le lasercomme source de lumiegravere car leacutenergie de son faisceau est beaucoup plus eacuteleveacutee que cellede nimporte quelle source classique car le laser eacutemet une lumiegravere monochromatique Unelampe peut ecirctre aussi lumineuse quun laser mais contrairement au laser elle eacutemet sur toutesles longueurs dondes
Les fibres optiques ont dabord eacuteteacute utiliseacutees pour faire de
limagerie essentiellement dans le domaine meacutedical
(endoscopie) Lideacutee dutiliser des fibres optiques pour
transmettre de linformation est apparue au deacutebut des anneacutees
60 avec lapparition du laser Neacuteanmoins un effort
consideacuterable devrait ecirctre fait pour reacuteduire les pertes des fibres
qui ne permettaient quune propagation dun signal sur une
distance tregraves reacuteduite typiquement quelques megravetres
Composition dune fibre
- Un noyau (ou cœur) qui veacutehicule lalumiegravere- Une gaine optique qui confine lalumiegravere dans le noyau- Une couche de substrat (parfois) quiaugmente la reacutesistance meacutecanique- Un revecirctement primaire premiegraverecouche de protection meacutecanique
- Un revecirctement secondaire couche exteacuterieure de protection meacutecanique
Photo dune fibre optiquestandard
Teacuteleacutephone(Blablabla)
LASERPHOTO-
DETECTEUR
Teacuteleacutephone(Blablabla)
Signaleacutelectrique
Fibreoptique
Impulsionslumineuses Signal
eacutelectrique
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Les fibres sont identifieacutees par le diamegravetre de leur noyau et le diamegravetre de leur gaine optiquevaleurs donneacutees en micromegravetres (microm) Les fibres optiques sont constitueacutees de deux milieuxdindices optiques diffeacuterents
- Dun coeur (noyau) dindice optique n1- Dune gaine dindice optique n2
Tel que n1 gt n2
De ce fait les rayons lumineux peuvent ecirctre reacutefleacutechis en passant drsquoune gaine agrave lrsquoautre
Pour quun rayon soit guideacute ilfaut que celui-ci soit reacutefleacutechi agravelinterface coeurgaine de la fibre cequi impose une condition sur langledincidence du rayon sur la facedentreacutee de la fibre
c) Lrsquoinfrarouge
La transmission de donneacutees par infrarouge est une technologie reacutecente Uneteacuteleacutecommande est lexemple le plus simple de communication infrarouge
Les infrarouges ne sont pas affecteacutes par les perturbations eacutelectromagneacutetiques Unverrouillage de la freacutequence et un filtrage de la lumiegravere du jour augmentent la fiabiliteacute dusystegraveme
La transmission doit se faire en ligne droite (sans obstacle) mais la dispersion dusignal infrarouge autorise une toleacuterance importante dans lalignement La transmission parinfrarouge permet drsquoutiliser la lumiegravere pour transmettre des donneacutees La transmission parinfrarouge offre une seacutecuriteacute bien plus grande que les autres techniques de transmission Enrevanche le deacutebit est bien plus reacuteduit Il srsquoeacutetend de 1 agrave 2 meacutega octets par seconde (Mos)Unsystegraveme infrarouge comprend trois eacuteleacutements leacutemetteur le diffuseur (parfois ces deuxeacuteleacutements sont combineacutes) et le reacutecepteur
Leacutemetteur achemine le signal audio au diffuseur qui effectue sa conversion enrayonnement infrarouge Le reacutecepteur deacutecode le signal infrarouge et restaure le signal audiooriginal qui peut ecirctre eacutecouteacute sur un casque ou des eacutecouteurs steacutethoscopiques Latransmission infrarouge implique que le reacutecepteur reste agrave porteacutee optique de leacutemetteur Latechnique infrarouge permet eacutegalement la confidentialiteacute des transmissions
Il est possible gracircce agrave la technologie infrarougedobtenir des deacutebits allant de 1 agrave 2 Mos en utilisant unemodulation appeleacute PPM (pulse position modulation)
Gaine optique
Cœur
11
La modulation PPM consiste agrave transmettre des impulsions agrave
amplitude constante et agrave coder linformation suivant la position de
limpulsion Le deacutebit de 1 Mos est obtenu avec une modulation de
16-PPM tandis que le deacutebit de 2 Mos est obtenu avec une
modulation 4-PPM permettant de coder deux bits de donneacutees avec
4 positions possibles (ci-contre)
d) Lrsquoœil
Loeil par exemple est un deacutetecteur qui convertit une image en un signal nerveux
achemineacute par le nerf optique Un deacutetecteur optique (ou photodeacutetecteur) convertit un signal
optique en un signal eacutelectrique
Conclusion
LInternet de lavenir aura de plus en plus recours aux fibres optiques - des fils de
verre ou de plastique aussi minces voire de diamegravetre plus petit quun cheveu humain qui
transmettent linformation au moyen de photons des eacuteleacutements entrant dans la composition
de la lumiegravere La transparence de la fibre et la couche de verre tregraves reacutefleacutechissante qui
entoure la fibre permettent agrave la lumiegravere de poursuivre sa route avec pratiquement aucune
perte de signal En conseacutequence la technologie de la fibre optique permet agrave dimportantes
quantiteacutes de donneacutees de franchir en toute fiabiliteacute de grandes distances agrave des vitesses tregraves
eacuteleveacutees
12
III Le Stockage de lrsquoinformation par la lumiegravere
Un exemple simple le Compact Disk (CD) et le Digital Versatile Disk (DVD)
La lumiegravere bien pratique agrave toutesnos utilisations est rentreacutee peu agrave peudans lrsquoeacutelectronique et plus preacuteciseacutementdans lrsquoeacutelectro-informatique
Nous eacutetudierons ici la lumiegravere entant que porteuse de donneacutees et nousassimilerons la surface optique du CD agraveune surface composeacutee drsquoun tregraves grandnombre de miroirs nanoscopique (dontnous deacutefinirons la taille plus tard) Ce quinous inteacuteresse ici crsquoest de parler dumodegravele ondulatoire de la lumiegravere car crsquoestbien sur ce modegravele qui explique les lois deDescartes qui est utiliseacutees dans leprocessus de lecture du disque
a) Drsquoun systegraveme optique agrave un systegraveme eacutelectrique
On consideacuterera que le CDDVD estcomposeacute drsquoune multitude de creux et debosses le tout recouvert drsquoune couchedrsquoaluminium tregraves fine qui servira dereacuteflecteur
Les creux seront appeleacutes par la suitelaquo microcuvettes raquo et les bosses la surfacelaquo normale raquo du CD
Sur le scheacutema ci-contre une diode lasereacutemet un rayon qui traverse une lame semi-reacutefleacutechissante Ce rayon va laquo frapper la surface du disque Ici on a deux possibiliteacutes
- Drsquoune part le laser rencontre une bosse au quel cas le rayon est reacutefleacutechinaturellement au quel cas il retourne sur la lame semi-reacutefleacutechissante pour aller laquo taper raquo unphotoreacutecepteur La tension marqueacutee est dite forte car elle est supeacuterieur nettement agrave 0
- Drsquoautre part le laser rencontre une microcuvette au quel cas le rayon estcomplegravetement reacutefleacutechi mais dans tous les sens possibles de ce fait le rayon restant pouraller laquo taper raquo le photoreacutecepteur est trop faible la tension marqueacutee est sensiblement nulle
Crsquoest gracircce aux lois de Descartes si le rayon arrive jusqursquoau photoreacutecepteur En effetsi on ne connaissait pas la trajectoire du rayon apregraves avoir tapeacute la surface du disque riennrsquoaurait eacuteteacute placeacute pour reacutecupeacuterer lrsquointeacutegraliteacute du rayon
Pour un DVD les lois srsquoapplique de la mecircme maniegravere bien qursquoil y ait 2 couches delecture La seconde couche fonctionne pareil que celle du CD classique alors que lapremiegravere couche est semi-reacuteflechissante Selon la position de la lentille le faisceau nerevient pas avec exactement la mecircme puissance de ce fait les tensions varient Comme onconnaicirct les tensions recueillies par la reacuteflexion de la seconde couche celle de la premiegraveresont retrouveacutees tregraves aiseacutement
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b) Drsquoun systegraveme eacutelectrique aux donneacutees informatiques
Sur le scheacutema preacuteceacutedent la tension donneacutee dans le circuit eacutetait convertit sous formede donneacutees analogiques qui eacutetaient travailleacutees par un systegraveme de Haut-Parleur Eninformatique le proceacutedeacute drsquoanalogisme est utiliseacute qursquoen dernier recours car il contientbeaucoup trop drsquoerreur De ce fait les donneacutees restent sous leur forme numeacuterique
Comment ccedila marche A dire vrai le numeacuterique est un codage de donneacutees sous forme dechiffres binaires (0 et 1) On lrsquoa vu preacuteceacutedemment le signal lumineux eacutetait converti en tensioneacutelectrique Cette tension si elle est nulle correspondra agrave unlaquo 0 raquo et si elle est nettement supeacuterieure agrave 0 elle correspondra agravelaquo 1 raquo Attention le circuit eacutelectrique ne transmet pas de 0 ou de1 ce nrsquoest qursquoun codage logique pour faire correspondre lavision de lrsquohomme agrave lrsquoeacutemission drsquoimpulsions eacutelectriques En effetune impulsion correspond agrave une mise sous tension donc agravelaquo 1 raquo pas drsquoimpulsion eacutequivaut agrave tension nulle donc agrave laquo 0 raquo
c) Ecriture du disque
Un disque ne se fabrique pas par magie on le laquo grave raquoLe fait de graver est le mecircme que sur la roche on module unede couche de matiegravere pour y laisser des inscriptions Latechnique a certainement eacutevolueacute pour le CD depuis sonapparution mais le principe reste le mecircme
Un disque commercial (deacutejagrave graveacute) est fait avec la mecircmemeacutethode un laser a moduleacute une couche photosensible selon lecode drsquoeacutecriture binaire La couche a alors pris lrsquoallure de laquo creuxet de bosses raquo On a alors recouvert le tout drsquoune couchemeacutetallique qui a prit lrsquoempreinte de la couche preacuteceacutedente Cettecouche sert alors de laquo moule raquo pour le support en PCV dudisque Le support est agrave son tour mouleacute puis recouvert drsquoun filmdrsquoaluminium qui servira pour la reacuteflexion de la lumiegravere (cf voirscheacutema ci-contre) Pour DVD la technique est la mecircme agrave partque la premiegravere couche est toujours semi-reacutefleacutechissante
De nos jours le systegraveme a un peu eacutevolueacute mecircme si les CD commerciaux sont toujoursgraveacutes de la mecircme maniegravere (mecircme si apregraves correction de deacutefaut la platine drsquoaluminium aeacuteteacute emprisonneacutee dans le PVC) Lrsquoeacutevolution se remarque du fait que lrsquoon peut graver nousmecircme nos propres CD (-R ou -RW) et mecircme nos DVD (plusmnR plusmnRW ou RAM) le tout gracircce agrave unpetit appareil le graveur Il ne reacutepond plus au mecircme systegraveme que preacuteceacutedemment mais ilfait tout de mecircme un aussi bon travail que son aicircneacute
En conclusion la lumiegravere pour un CD ou DVD nrsquoa qursquoun rocircle tregraves mineur elle sert agravereacuteveacuteler une empreinte poseacutee sur une laquo suite de miroir raquo placeacutes agrave deux niveaux diffeacuterentsComme lrsquoutilisation de la lumiegravere est plutocirct simpliste il convient mieux drsquoappliquer les lois deDescartes et dont le modegravele ondulatoire plutocirct que drsquoappliquer un modegravele complexe qursquoest lecorpusculaire
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Conclusion
Durant toute cette eacutetude on a vu de plusieurs modegraveles de la lumiegravere ceux-ci nousaidant agrave mieux comprendre son utilisation pour la technologie moderne de transfert et destockage de lrsquoinformation
La lumiegravere elle-mecircme nrsquoa qursquoun faible rocircle on lrsquoa vu par lrsquointermeacutediaire du CD Sonrocircle est de reacuteveacuteleacute une empreinte sur une surface reacutefleacutechissante moduleacutee le tout seratranscris de sorte qursquoon puisse srsquoen resservir sous une autre forme Si la surface nrsquoest pasmoduleacutee crsquoest que crsquoest le rayon lui-mecircme qui est moduleacute sous forme drsquoimpulsion tel quenous lrsquoavons vue dans le cas de la fibre optique
Les deux modegraveles eacutetablis de la lumiegravere ont eacuteteacute veacuterifieacutes comme eacutetant valable selon lesutilisations qursquoon a de la lumiegravere auquel cas on observera deux situations diffeacuterentes
- Drsquoune part le modegravele corpusculaire qui permet drsquoexpliquer beaucoup de chose surla lumiegravere notamment son deacuteplacement chaotique dans la fibre optique
- Drsquoautre part le model ondulatoire qui lui plus simple que le preacuteceacutedent permet desrsquointeacuteresser agrave un cas bien particulier de la lumiegravere lorsque celle-ci est assimileacute agraveun rayon circulant en ligne droite
Par conseacutequent on peut dire que la lumiegravere ne stocke pas la lumiegravere mais ne sertqursquoagrave la faire transmettre drsquoun support agrave un autre tels que du CD vers lrsquoinformatique ou drsquouneacutemetteur agrave un reacutecepteur en passant par la fibre optiqueLa lumiegravere est donc un eacuteleacutement indispensable au bon deacuteveloppement de la civilisationhumaine tant au niveau des conditions de vie que du deacuteveloppement technologique
15
LEXIQUE
Tous les termes importants employeacutes dans le dossier sont reacutepertorieacutes ici avec leur deacutefinition
Analogique se dit drsquoun signal qui geacuteneacuteralement et contrairement au numeacuterique estextrecircmement complexe mais pour un mecircme flux de donneacutees brutes on observe que latotaliteacute des informations est deacutejagrave passeacute alors que en numeacuterique ccedila demande beaucoup plusde flux
CD et DVD (Compact Disk et Digital Versatile Disk) sont les sigles qui deacutesignent le DisqueLaser et le Disque Digitale agrave Multifonction Ces disques ont remplaceacutes le vieux disquemagneacutetique Vinyle la bande cassette magneacutetique sonore ou videacuteo De nos jours ce sontdes produits de haute consommation tout ce qursquoil y a de plus classique Toutefois ils sontameneacutes agrave disparaicirctre remplaceacutes par leur successeur le HQ-DVD (High Quality DVD) ouBlue Ray Disk celui-ci eacutetant baseacute sur le principe drsquoun laser bleu donc drsquoune lumiegraveremonochromatique agrave plus faible longueur drsquoonde et par conseacutequent les creux et bosses dudisque peuvent ecirctre beaucoup plus nombreux drsquoougrave un gain eacutenorme de place
Ceacuteleacuteriteacute dune onde est sa vitesse de propagation Celle de la lumiegravere la plus connue estde 300 000 kms-1
Champ eacutelectromagneacutetique est le concept central de leacutelectromagneacutetisme On le conccediloitsouvent comme composition des deux champs vectoriels que lon peut mesurerindeacutependamment le champ eacutelectrique E et le champ magneacutetique B Mais ces deux champsne sont pas seacuteparables
Electroscope Appareil qui permet de deacutetecter une charge eacutelectrique
Freacutequence drsquoonde La freacutequence dun pheacutenomegravene est le nombre de cycles qui seproduisent durant une seconde Luniteacute de la freacutequence est lrsquoHertz (Hz) Le courant alternatifqui alimente nos appareils eacutelectriques a une freacutequence de 50 Hz Cela signifie que leseacutelectrons qui creacuteent le courant changent de direction 20 fois par seconde
Fibre optique Tregraves mince fil de verre (tregraves fragile) permettant de transporter de linformationsous la forme dimpulsions lumineuses
Infrarouge Lumiegravere situeacutee au-delagrave du rouge dans le spectre des couleurs Alors que cettelumiegravere nest pas visible aux yeux humains les eacutemetteurs et les reacutecepteurs infrarougespeuvent envoyer et recevoir des signaux infrarouges
Interfeacuterence Superposition et somme algeacutebrique conseacutequente de deux ondes dunpheacutenomegravene physique vibratoire Linterfeacuterence se manifeste dans les teacuteleacutecommunications enoptique en acoustique et plus geacuteneacuteralement lorsquon a une propagation deacutenergie de typeondulatoire
Longueur drsquoonde est la distance entre deux cycles conseacutecutifs de londe
Lumiegravere polychromatique lumiegravere composeacutee de radiations de longueurs drsquoondesdiffeacuterentes La lumiegravere laquo blanche raquo est une lumiegravere polychromatique
Monochromatique lumiegravere composeacutee drsquoune radiation (de freacutequence deacutefinie) Un laser He-Ne eacutemet une lumiegravere monochromatique
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N indice caracteacuterisant le milieu dans lequel la lumiegravere se propage
Numeacuterique le numeacuterique est un codage extrecircmement simple mais tregraves encombrant Il secompose drsquoune longue chaicircne de laquo 0 raquo et laquo 1 raquo nommeacute bit Tous les 4x bits (ougrave X est unentier naturel) on a un mot En theacuteorie informatique il faut 8 bits pour former un Octet (uniteacutede donneacutees informatiques en anglais crsquoest le Byte) En pratique il faut exactement 8 bitsdrsquoinformation reacuteelle et 2 bits de correction drsquoerreur
Onde Une onde a la faculteacute de transporter de leacutenergie dun point agrave un autre sans quil y aittransfert de matiegravere
Photon est un concept utiliseacute pour repreacutesenter les interactions entre les rayonnementseacutelectromagneacutetiques (notamment la lumiegravere les ultraviolets et les rayons X) et la matiegravere
Spectre une lumiegravere est une somme de lumiegraveres simples de freacutequences et dintensiteacutesdiffeacuterentes La relation entre ces freacutequences et la luminositeacute qui leur correspond sappelle unspectre
plusmnR plusmnRW RAM -R -RW il srsquoagit de norme de gravure Pour CD on parle de CD-R ou CD-RW R correspondant agrave enregistrable (recordable en anglais) et RW agrave reacuteinscriptible(rewritable en anglais) Cette norme srsquoapplique pareil aux DVD agrave un seul deacutetail le + ou le ndashqui lui diffeacuterencie en fait juste le format de Philips(+) de celui de Sony (-) ce qui laisse sous-entendre un proceacutedeacute de gravure diffeacuterent sur quelques points La norme RAM est valableque pour DVD il srsquoagit drsquoun type de disque qui peut-ecirctre compareacute agrave une disquettemagneacutetique car ccedila dureacutee de vie est sensiblement la mecircme en ce qui concerne la reacuteeacutecriture
17
BibliographieLivres
Encyclopeacutedie Universalis ndash La lumiegravere
Manuel scolaire Physique Terminale S Didier ndash Programme 1995
Articles de peacuteriodiques
Science et vie junior ndash Hors seacuterie ndeg53
Courrier International ndeg616
Science et vie junior ndeg151
Cahier de science et vie ndeg65
Cleacutes de lrsquoactualiteacute ndeg269
Science et vie ndeg928
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg186
La recherche ndeg216
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg150
Sites Internet
httpwwwsennheiserfrpagephppg=technologietransmissionif
httppedagogieac-
montpellierfrDisciplinesscphysiquesSP30BTS20IRISTransmission20du20signalpdf
httpwwwnew-sngcomnorteldisc1_fcfm
httplullyasarizonaedu~hdolethesethese_hdole_htmlnode5html
httplocochenettransmission_donneesphp
httpwwwlkbensfr~jacquierDESSOptionBhtml
httplasiruniv-lille1frpagesSpectrometrie_Infrarougehtml
httpwwwjbaumannchjbinformatiquewifihtml
httpwwwjautomatisecomWhiteCommunicationWPCuivrehtm
httpwwwwikipediacom
httpwwwfutura-sciencescom
httppersowanadoofrguychaumeton
httpwwwalluphysicsDownloadsPremiC3A8reCours20polycopiC3A9sEffet2
0photoC3A9lectriquepdf
Et beaucoup de connaissances personnelles en ce qui concerne lrsquoinformatique
10
Les fibres sont identifieacutees par le diamegravetre de leur noyau et le diamegravetre de leur gaine optiquevaleurs donneacutees en micromegravetres (microm) Les fibres optiques sont constitueacutees de deux milieuxdindices optiques diffeacuterents
- Dun coeur (noyau) dindice optique n1- Dune gaine dindice optique n2
Tel que n1 gt n2
De ce fait les rayons lumineux peuvent ecirctre reacutefleacutechis en passant drsquoune gaine agrave lrsquoautre
Pour quun rayon soit guideacute ilfaut que celui-ci soit reacutefleacutechi agravelinterface coeurgaine de la fibre cequi impose une condition sur langledincidence du rayon sur la facedentreacutee de la fibre
c) Lrsquoinfrarouge
La transmission de donneacutees par infrarouge est une technologie reacutecente Uneteacuteleacutecommande est lexemple le plus simple de communication infrarouge
Les infrarouges ne sont pas affecteacutes par les perturbations eacutelectromagneacutetiques Unverrouillage de la freacutequence et un filtrage de la lumiegravere du jour augmentent la fiabiliteacute dusystegraveme
La transmission doit se faire en ligne droite (sans obstacle) mais la dispersion dusignal infrarouge autorise une toleacuterance importante dans lalignement La transmission parinfrarouge permet drsquoutiliser la lumiegravere pour transmettre des donneacutees La transmission parinfrarouge offre une seacutecuriteacute bien plus grande que les autres techniques de transmission Enrevanche le deacutebit est bien plus reacuteduit Il srsquoeacutetend de 1 agrave 2 meacutega octets par seconde (Mos)Unsystegraveme infrarouge comprend trois eacuteleacutements leacutemetteur le diffuseur (parfois ces deuxeacuteleacutements sont combineacutes) et le reacutecepteur
Leacutemetteur achemine le signal audio au diffuseur qui effectue sa conversion enrayonnement infrarouge Le reacutecepteur deacutecode le signal infrarouge et restaure le signal audiooriginal qui peut ecirctre eacutecouteacute sur un casque ou des eacutecouteurs steacutethoscopiques Latransmission infrarouge implique que le reacutecepteur reste agrave porteacutee optique de leacutemetteur Latechnique infrarouge permet eacutegalement la confidentialiteacute des transmissions
Il est possible gracircce agrave la technologie infrarougedobtenir des deacutebits allant de 1 agrave 2 Mos en utilisant unemodulation appeleacute PPM (pulse position modulation)
Gaine optique
Cœur
11
La modulation PPM consiste agrave transmettre des impulsions agrave
amplitude constante et agrave coder linformation suivant la position de
limpulsion Le deacutebit de 1 Mos est obtenu avec une modulation de
16-PPM tandis que le deacutebit de 2 Mos est obtenu avec une
modulation 4-PPM permettant de coder deux bits de donneacutees avec
4 positions possibles (ci-contre)
d) Lrsquoœil
Loeil par exemple est un deacutetecteur qui convertit une image en un signal nerveux
achemineacute par le nerf optique Un deacutetecteur optique (ou photodeacutetecteur) convertit un signal
optique en un signal eacutelectrique
Conclusion
LInternet de lavenir aura de plus en plus recours aux fibres optiques - des fils de
verre ou de plastique aussi minces voire de diamegravetre plus petit quun cheveu humain qui
transmettent linformation au moyen de photons des eacuteleacutements entrant dans la composition
de la lumiegravere La transparence de la fibre et la couche de verre tregraves reacutefleacutechissante qui
entoure la fibre permettent agrave la lumiegravere de poursuivre sa route avec pratiquement aucune
perte de signal En conseacutequence la technologie de la fibre optique permet agrave dimportantes
quantiteacutes de donneacutees de franchir en toute fiabiliteacute de grandes distances agrave des vitesses tregraves
eacuteleveacutees
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III Le Stockage de lrsquoinformation par la lumiegravere
Un exemple simple le Compact Disk (CD) et le Digital Versatile Disk (DVD)
La lumiegravere bien pratique agrave toutesnos utilisations est rentreacutee peu agrave peudans lrsquoeacutelectronique et plus preacuteciseacutementdans lrsquoeacutelectro-informatique
Nous eacutetudierons ici la lumiegravere entant que porteuse de donneacutees et nousassimilerons la surface optique du CD agraveune surface composeacutee drsquoun tregraves grandnombre de miroirs nanoscopique (dontnous deacutefinirons la taille plus tard) Ce quinous inteacuteresse ici crsquoest de parler dumodegravele ondulatoire de la lumiegravere car crsquoestbien sur ce modegravele qui explique les lois deDescartes qui est utiliseacutees dans leprocessus de lecture du disque
a) Drsquoun systegraveme optique agrave un systegraveme eacutelectrique
On consideacuterera que le CDDVD estcomposeacute drsquoune multitude de creux et debosses le tout recouvert drsquoune couchedrsquoaluminium tregraves fine qui servira dereacuteflecteur
Les creux seront appeleacutes par la suitelaquo microcuvettes raquo et les bosses la surfacelaquo normale raquo du CD
Sur le scheacutema ci-contre une diode lasereacutemet un rayon qui traverse une lame semi-reacutefleacutechissante Ce rayon va laquo frapper la surface du disque Ici on a deux possibiliteacutes
- Drsquoune part le laser rencontre une bosse au quel cas le rayon est reacutefleacutechinaturellement au quel cas il retourne sur la lame semi-reacutefleacutechissante pour aller laquo taper raquo unphotoreacutecepteur La tension marqueacutee est dite forte car elle est supeacuterieur nettement agrave 0
- Drsquoautre part le laser rencontre une microcuvette au quel cas le rayon estcomplegravetement reacutefleacutechi mais dans tous les sens possibles de ce fait le rayon restant pouraller laquo taper raquo le photoreacutecepteur est trop faible la tension marqueacutee est sensiblement nulle
Crsquoest gracircce aux lois de Descartes si le rayon arrive jusqursquoau photoreacutecepteur En effetsi on ne connaissait pas la trajectoire du rayon apregraves avoir tapeacute la surface du disque riennrsquoaurait eacuteteacute placeacute pour reacutecupeacuterer lrsquointeacutegraliteacute du rayon
Pour un DVD les lois srsquoapplique de la mecircme maniegravere bien qursquoil y ait 2 couches delecture La seconde couche fonctionne pareil que celle du CD classique alors que lapremiegravere couche est semi-reacuteflechissante Selon la position de la lentille le faisceau nerevient pas avec exactement la mecircme puissance de ce fait les tensions varient Comme onconnaicirct les tensions recueillies par la reacuteflexion de la seconde couche celle de la premiegraveresont retrouveacutees tregraves aiseacutement
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b) Drsquoun systegraveme eacutelectrique aux donneacutees informatiques
Sur le scheacutema preacuteceacutedent la tension donneacutee dans le circuit eacutetait convertit sous formede donneacutees analogiques qui eacutetaient travailleacutees par un systegraveme de Haut-Parleur Eninformatique le proceacutedeacute drsquoanalogisme est utiliseacute qursquoen dernier recours car il contientbeaucoup trop drsquoerreur De ce fait les donneacutees restent sous leur forme numeacuterique
Comment ccedila marche A dire vrai le numeacuterique est un codage de donneacutees sous forme dechiffres binaires (0 et 1) On lrsquoa vu preacuteceacutedemment le signal lumineux eacutetait converti en tensioneacutelectrique Cette tension si elle est nulle correspondra agrave unlaquo 0 raquo et si elle est nettement supeacuterieure agrave 0 elle correspondra agravelaquo 1 raquo Attention le circuit eacutelectrique ne transmet pas de 0 ou de1 ce nrsquoest qursquoun codage logique pour faire correspondre lavision de lrsquohomme agrave lrsquoeacutemission drsquoimpulsions eacutelectriques En effetune impulsion correspond agrave une mise sous tension donc agravelaquo 1 raquo pas drsquoimpulsion eacutequivaut agrave tension nulle donc agrave laquo 0 raquo
c) Ecriture du disque
Un disque ne se fabrique pas par magie on le laquo grave raquoLe fait de graver est le mecircme que sur la roche on module unede couche de matiegravere pour y laisser des inscriptions Latechnique a certainement eacutevolueacute pour le CD depuis sonapparution mais le principe reste le mecircme
Un disque commercial (deacutejagrave graveacute) est fait avec la mecircmemeacutethode un laser a moduleacute une couche photosensible selon lecode drsquoeacutecriture binaire La couche a alors pris lrsquoallure de laquo creuxet de bosses raquo On a alors recouvert le tout drsquoune couchemeacutetallique qui a prit lrsquoempreinte de la couche preacuteceacutedente Cettecouche sert alors de laquo moule raquo pour le support en PCV dudisque Le support est agrave son tour mouleacute puis recouvert drsquoun filmdrsquoaluminium qui servira pour la reacuteflexion de la lumiegravere (cf voirscheacutema ci-contre) Pour DVD la technique est la mecircme agrave partque la premiegravere couche est toujours semi-reacutefleacutechissante
De nos jours le systegraveme a un peu eacutevolueacute mecircme si les CD commerciaux sont toujoursgraveacutes de la mecircme maniegravere (mecircme si apregraves correction de deacutefaut la platine drsquoaluminium aeacuteteacute emprisonneacutee dans le PVC) Lrsquoeacutevolution se remarque du fait que lrsquoon peut graver nousmecircme nos propres CD (-R ou -RW) et mecircme nos DVD (plusmnR plusmnRW ou RAM) le tout gracircce agrave unpetit appareil le graveur Il ne reacutepond plus au mecircme systegraveme que preacuteceacutedemment mais ilfait tout de mecircme un aussi bon travail que son aicircneacute
En conclusion la lumiegravere pour un CD ou DVD nrsquoa qursquoun rocircle tregraves mineur elle sert agravereacuteveacuteler une empreinte poseacutee sur une laquo suite de miroir raquo placeacutes agrave deux niveaux diffeacuterentsComme lrsquoutilisation de la lumiegravere est plutocirct simpliste il convient mieux drsquoappliquer les lois deDescartes et dont le modegravele ondulatoire plutocirct que drsquoappliquer un modegravele complexe qursquoest lecorpusculaire
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Conclusion
Durant toute cette eacutetude on a vu de plusieurs modegraveles de la lumiegravere ceux-ci nousaidant agrave mieux comprendre son utilisation pour la technologie moderne de transfert et destockage de lrsquoinformation
La lumiegravere elle-mecircme nrsquoa qursquoun faible rocircle on lrsquoa vu par lrsquointermeacutediaire du CD Sonrocircle est de reacuteveacuteleacute une empreinte sur une surface reacutefleacutechissante moduleacutee le tout seratranscris de sorte qursquoon puisse srsquoen resservir sous une autre forme Si la surface nrsquoest pasmoduleacutee crsquoest que crsquoest le rayon lui-mecircme qui est moduleacute sous forme drsquoimpulsion tel quenous lrsquoavons vue dans le cas de la fibre optique
Les deux modegraveles eacutetablis de la lumiegravere ont eacuteteacute veacuterifieacutes comme eacutetant valable selon lesutilisations qursquoon a de la lumiegravere auquel cas on observera deux situations diffeacuterentes
- Drsquoune part le modegravele corpusculaire qui permet drsquoexpliquer beaucoup de chose surla lumiegravere notamment son deacuteplacement chaotique dans la fibre optique
- Drsquoautre part le model ondulatoire qui lui plus simple que le preacuteceacutedent permet desrsquointeacuteresser agrave un cas bien particulier de la lumiegravere lorsque celle-ci est assimileacute agraveun rayon circulant en ligne droite
Par conseacutequent on peut dire que la lumiegravere ne stocke pas la lumiegravere mais ne sertqursquoagrave la faire transmettre drsquoun support agrave un autre tels que du CD vers lrsquoinformatique ou drsquouneacutemetteur agrave un reacutecepteur en passant par la fibre optiqueLa lumiegravere est donc un eacuteleacutement indispensable au bon deacuteveloppement de la civilisationhumaine tant au niveau des conditions de vie que du deacuteveloppement technologique
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LEXIQUE
Tous les termes importants employeacutes dans le dossier sont reacutepertorieacutes ici avec leur deacutefinition
Analogique se dit drsquoun signal qui geacuteneacuteralement et contrairement au numeacuterique estextrecircmement complexe mais pour un mecircme flux de donneacutees brutes on observe que latotaliteacute des informations est deacutejagrave passeacute alors que en numeacuterique ccedila demande beaucoup plusde flux
CD et DVD (Compact Disk et Digital Versatile Disk) sont les sigles qui deacutesignent le DisqueLaser et le Disque Digitale agrave Multifonction Ces disques ont remplaceacutes le vieux disquemagneacutetique Vinyle la bande cassette magneacutetique sonore ou videacuteo De nos jours ce sontdes produits de haute consommation tout ce qursquoil y a de plus classique Toutefois ils sontameneacutes agrave disparaicirctre remplaceacutes par leur successeur le HQ-DVD (High Quality DVD) ouBlue Ray Disk celui-ci eacutetant baseacute sur le principe drsquoun laser bleu donc drsquoune lumiegraveremonochromatique agrave plus faible longueur drsquoonde et par conseacutequent les creux et bosses dudisque peuvent ecirctre beaucoup plus nombreux drsquoougrave un gain eacutenorme de place
Ceacuteleacuteriteacute dune onde est sa vitesse de propagation Celle de la lumiegravere la plus connue estde 300 000 kms-1
Champ eacutelectromagneacutetique est le concept central de leacutelectromagneacutetisme On le conccediloitsouvent comme composition des deux champs vectoriels que lon peut mesurerindeacutependamment le champ eacutelectrique E et le champ magneacutetique B Mais ces deux champsne sont pas seacuteparables
Electroscope Appareil qui permet de deacutetecter une charge eacutelectrique
Freacutequence drsquoonde La freacutequence dun pheacutenomegravene est le nombre de cycles qui seproduisent durant une seconde Luniteacute de la freacutequence est lrsquoHertz (Hz) Le courant alternatifqui alimente nos appareils eacutelectriques a une freacutequence de 50 Hz Cela signifie que leseacutelectrons qui creacuteent le courant changent de direction 20 fois par seconde
Fibre optique Tregraves mince fil de verre (tregraves fragile) permettant de transporter de linformationsous la forme dimpulsions lumineuses
Infrarouge Lumiegravere situeacutee au-delagrave du rouge dans le spectre des couleurs Alors que cettelumiegravere nest pas visible aux yeux humains les eacutemetteurs et les reacutecepteurs infrarougespeuvent envoyer et recevoir des signaux infrarouges
Interfeacuterence Superposition et somme algeacutebrique conseacutequente de deux ondes dunpheacutenomegravene physique vibratoire Linterfeacuterence se manifeste dans les teacuteleacutecommunications enoptique en acoustique et plus geacuteneacuteralement lorsquon a une propagation deacutenergie de typeondulatoire
Longueur drsquoonde est la distance entre deux cycles conseacutecutifs de londe
Lumiegravere polychromatique lumiegravere composeacutee de radiations de longueurs drsquoondesdiffeacuterentes La lumiegravere laquo blanche raquo est une lumiegravere polychromatique
Monochromatique lumiegravere composeacutee drsquoune radiation (de freacutequence deacutefinie) Un laser He-Ne eacutemet une lumiegravere monochromatique
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N indice caracteacuterisant le milieu dans lequel la lumiegravere se propage
Numeacuterique le numeacuterique est un codage extrecircmement simple mais tregraves encombrant Il secompose drsquoune longue chaicircne de laquo 0 raquo et laquo 1 raquo nommeacute bit Tous les 4x bits (ougrave X est unentier naturel) on a un mot En theacuteorie informatique il faut 8 bits pour former un Octet (uniteacutede donneacutees informatiques en anglais crsquoest le Byte) En pratique il faut exactement 8 bitsdrsquoinformation reacuteelle et 2 bits de correction drsquoerreur
Onde Une onde a la faculteacute de transporter de leacutenergie dun point agrave un autre sans quil y aittransfert de matiegravere
Photon est un concept utiliseacute pour repreacutesenter les interactions entre les rayonnementseacutelectromagneacutetiques (notamment la lumiegravere les ultraviolets et les rayons X) et la matiegravere
Spectre une lumiegravere est une somme de lumiegraveres simples de freacutequences et dintensiteacutesdiffeacuterentes La relation entre ces freacutequences et la luminositeacute qui leur correspond sappelle unspectre
plusmnR plusmnRW RAM -R -RW il srsquoagit de norme de gravure Pour CD on parle de CD-R ou CD-RW R correspondant agrave enregistrable (recordable en anglais) et RW agrave reacuteinscriptible(rewritable en anglais) Cette norme srsquoapplique pareil aux DVD agrave un seul deacutetail le + ou le ndashqui lui diffeacuterencie en fait juste le format de Philips(+) de celui de Sony (-) ce qui laisse sous-entendre un proceacutedeacute de gravure diffeacuterent sur quelques points La norme RAM est valableque pour DVD il srsquoagit drsquoun type de disque qui peut-ecirctre compareacute agrave une disquettemagneacutetique car ccedila dureacutee de vie est sensiblement la mecircme en ce qui concerne la reacuteeacutecriture
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BibliographieLivres
Encyclopeacutedie Universalis ndash La lumiegravere
Manuel scolaire Physique Terminale S Didier ndash Programme 1995
Articles de peacuteriodiques
Science et vie junior ndash Hors seacuterie ndeg53
Courrier International ndeg616
Science et vie junior ndeg151
Cahier de science et vie ndeg65
Cleacutes de lrsquoactualiteacute ndeg269
Science et vie ndeg928
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg186
La recherche ndeg216
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg150
Sites Internet
httpwwwsennheiserfrpagephppg=technologietransmissionif
httppedagogieac-
montpellierfrDisciplinesscphysiquesSP30BTS20IRISTransmission20du20signalpdf
httpwwwnew-sngcomnorteldisc1_fcfm
httplullyasarizonaedu~hdolethesethese_hdole_htmlnode5html
httplocochenettransmission_donneesphp
httpwwwlkbensfr~jacquierDESSOptionBhtml
httplasiruniv-lille1frpagesSpectrometrie_Infrarougehtml
httpwwwjbaumannchjbinformatiquewifihtml
httpwwwjautomatisecomWhiteCommunicationWPCuivrehtm
httpwwwwikipediacom
httpwwwfutura-sciencescom
httppersowanadoofrguychaumeton
httpwwwalluphysicsDownloadsPremiC3A8reCours20polycopiC3A9sEffet2
0photoC3A9lectriquepdf
Et beaucoup de connaissances personnelles en ce qui concerne lrsquoinformatique
11
La modulation PPM consiste agrave transmettre des impulsions agrave
amplitude constante et agrave coder linformation suivant la position de
limpulsion Le deacutebit de 1 Mos est obtenu avec une modulation de
16-PPM tandis que le deacutebit de 2 Mos est obtenu avec une
modulation 4-PPM permettant de coder deux bits de donneacutees avec
4 positions possibles (ci-contre)
d) Lrsquoœil
Loeil par exemple est un deacutetecteur qui convertit une image en un signal nerveux
achemineacute par le nerf optique Un deacutetecteur optique (ou photodeacutetecteur) convertit un signal
optique en un signal eacutelectrique
Conclusion
LInternet de lavenir aura de plus en plus recours aux fibres optiques - des fils de
verre ou de plastique aussi minces voire de diamegravetre plus petit quun cheveu humain qui
transmettent linformation au moyen de photons des eacuteleacutements entrant dans la composition
de la lumiegravere La transparence de la fibre et la couche de verre tregraves reacutefleacutechissante qui
entoure la fibre permettent agrave la lumiegravere de poursuivre sa route avec pratiquement aucune
perte de signal En conseacutequence la technologie de la fibre optique permet agrave dimportantes
quantiteacutes de donneacutees de franchir en toute fiabiliteacute de grandes distances agrave des vitesses tregraves
eacuteleveacutees
12
III Le Stockage de lrsquoinformation par la lumiegravere
Un exemple simple le Compact Disk (CD) et le Digital Versatile Disk (DVD)
La lumiegravere bien pratique agrave toutesnos utilisations est rentreacutee peu agrave peudans lrsquoeacutelectronique et plus preacuteciseacutementdans lrsquoeacutelectro-informatique
Nous eacutetudierons ici la lumiegravere entant que porteuse de donneacutees et nousassimilerons la surface optique du CD agraveune surface composeacutee drsquoun tregraves grandnombre de miroirs nanoscopique (dontnous deacutefinirons la taille plus tard) Ce quinous inteacuteresse ici crsquoest de parler dumodegravele ondulatoire de la lumiegravere car crsquoestbien sur ce modegravele qui explique les lois deDescartes qui est utiliseacutees dans leprocessus de lecture du disque
a) Drsquoun systegraveme optique agrave un systegraveme eacutelectrique
On consideacuterera que le CDDVD estcomposeacute drsquoune multitude de creux et debosses le tout recouvert drsquoune couchedrsquoaluminium tregraves fine qui servira dereacuteflecteur
Les creux seront appeleacutes par la suitelaquo microcuvettes raquo et les bosses la surfacelaquo normale raquo du CD
Sur le scheacutema ci-contre une diode lasereacutemet un rayon qui traverse une lame semi-reacutefleacutechissante Ce rayon va laquo frapper la surface du disque Ici on a deux possibiliteacutes
- Drsquoune part le laser rencontre une bosse au quel cas le rayon est reacutefleacutechinaturellement au quel cas il retourne sur la lame semi-reacutefleacutechissante pour aller laquo taper raquo unphotoreacutecepteur La tension marqueacutee est dite forte car elle est supeacuterieur nettement agrave 0
- Drsquoautre part le laser rencontre une microcuvette au quel cas le rayon estcomplegravetement reacutefleacutechi mais dans tous les sens possibles de ce fait le rayon restant pouraller laquo taper raquo le photoreacutecepteur est trop faible la tension marqueacutee est sensiblement nulle
Crsquoest gracircce aux lois de Descartes si le rayon arrive jusqursquoau photoreacutecepteur En effetsi on ne connaissait pas la trajectoire du rayon apregraves avoir tapeacute la surface du disque riennrsquoaurait eacuteteacute placeacute pour reacutecupeacuterer lrsquointeacutegraliteacute du rayon
Pour un DVD les lois srsquoapplique de la mecircme maniegravere bien qursquoil y ait 2 couches delecture La seconde couche fonctionne pareil que celle du CD classique alors que lapremiegravere couche est semi-reacuteflechissante Selon la position de la lentille le faisceau nerevient pas avec exactement la mecircme puissance de ce fait les tensions varient Comme onconnaicirct les tensions recueillies par la reacuteflexion de la seconde couche celle de la premiegraveresont retrouveacutees tregraves aiseacutement
13
b) Drsquoun systegraveme eacutelectrique aux donneacutees informatiques
Sur le scheacutema preacuteceacutedent la tension donneacutee dans le circuit eacutetait convertit sous formede donneacutees analogiques qui eacutetaient travailleacutees par un systegraveme de Haut-Parleur Eninformatique le proceacutedeacute drsquoanalogisme est utiliseacute qursquoen dernier recours car il contientbeaucoup trop drsquoerreur De ce fait les donneacutees restent sous leur forme numeacuterique
Comment ccedila marche A dire vrai le numeacuterique est un codage de donneacutees sous forme dechiffres binaires (0 et 1) On lrsquoa vu preacuteceacutedemment le signal lumineux eacutetait converti en tensioneacutelectrique Cette tension si elle est nulle correspondra agrave unlaquo 0 raquo et si elle est nettement supeacuterieure agrave 0 elle correspondra agravelaquo 1 raquo Attention le circuit eacutelectrique ne transmet pas de 0 ou de1 ce nrsquoest qursquoun codage logique pour faire correspondre lavision de lrsquohomme agrave lrsquoeacutemission drsquoimpulsions eacutelectriques En effetune impulsion correspond agrave une mise sous tension donc agravelaquo 1 raquo pas drsquoimpulsion eacutequivaut agrave tension nulle donc agrave laquo 0 raquo
c) Ecriture du disque
Un disque ne se fabrique pas par magie on le laquo grave raquoLe fait de graver est le mecircme que sur la roche on module unede couche de matiegravere pour y laisser des inscriptions Latechnique a certainement eacutevolueacute pour le CD depuis sonapparution mais le principe reste le mecircme
Un disque commercial (deacutejagrave graveacute) est fait avec la mecircmemeacutethode un laser a moduleacute une couche photosensible selon lecode drsquoeacutecriture binaire La couche a alors pris lrsquoallure de laquo creuxet de bosses raquo On a alors recouvert le tout drsquoune couchemeacutetallique qui a prit lrsquoempreinte de la couche preacuteceacutedente Cettecouche sert alors de laquo moule raquo pour le support en PCV dudisque Le support est agrave son tour mouleacute puis recouvert drsquoun filmdrsquoaluminium qui servira pour la reacuteflexion de la lumiegravere (cf voirscheacutema ci-contre) Pour DVD la technique est la mecircme agrave partque la premiegravere couche est toujours semi-reacutefleacutechissante
De nos jours le systegraveme a un peu eacutevolueacute mecircme si les CD commerciaux sont toujoursgraveacutes de la mecircme maniegravere (mecircme si apregraves correction de deacutefaut la platine drsquoaluminium aeacuteteacute emprisonneacutee dans le PVC) Lrsquoeacutevolution se remarque du fait que lrsquoon peut graver nousmecircme nos propres CD (-R ou -RW) et mecircme nos DVD (plusmnR plusmnRW ou RAM) le tout gracircce agrave unpetit appareil le graveur Il ne reacutepond plus au mecircme systegraveme que preacuteceacutedemment mais ilfait tout de mecircme un aussi bon travail que son aicircneacute
En conclusion la lumiegravere pour un CD ou DVD nrsquoa qursquoun rocircle tregraves mineur elle sert agravereacuteveacuteler une empreinte poseacutee sur une laquo suite de miroir raquo placeacutes agrave deux niveaux diffeacuterentsComme lrsquoutilisation de la lumiegravere est plutocirct simpliste il convient mieux drsquoappliquer les lois deDescartes et dont le modegravele ondulatoire plutocirct que drsquoappliquer un modegravele complexe qursquoest lecorpusculaire
14
Conclusion
Durant toute cette eacutetude on a vu de plusieurs modegraveles de la lumiegravere ceux-ci nousaidant agrave mieux comprendre son utilisation pour la technologie moderne de transfert et destockage de lrsquoinformation
La lumiegravere elle-mecircme nrsquoa qursquoun faible rocircle on lrsquoa vu par lrsquointermeacutediaire du CD Sonrocircle est de reacuteveacuteleacute une empreinte sur une surface reacutefleacutechissante moduleacutee le tout seratranscris de sorte qursquoon puisse srsquoen resservir sous une autre forme Si la surface nrsquoest pasmoduleacutee crsquoest que crsquoest le rayon lui-mecircme qui est moduleacute sous forme drsquoimpulsion tel quenous lrsquoavons vue dans le cas de la fibre optique
Les deux modegraveles eacutetablis de la lumiegravere ont eacuteteacute veacuterifieacutes comme eacutetant valable selon lesutilisations qursquoon a de la lumiegravere auquel cas on observera deux situations diffeacuterentes
- Drsquoune part le modegravele corpusculaire qui permet drsquoexpliquer beaucoup de chose surla lumiegravere notamment son deacuteplacement chaotique dans la fibre optique
- Drsquoautre part le model ondulatoire qui lui plus simple que le preacuteceacutedent permet desrsquointeacuteresser agrave un cas bien particulier de la lumiegravere lorsque celle-ci est assimileacute agraveun rayon circulant en ligne droite
Par conseacutequent on peut dire que la lumiegravere ne stocke pas la lumiegravere mais ne sertqursquoagrave la faire transmettre drsquoun support agrave un autre tels que du CD vers lrsquoinformatique ou drsquouneacutemetteur agrave un reacutecepteur en passant par la fibre optiqueLa lumiegravere est donc un eacuteleacutement indispensable au bon deacuteveloppement de la civilisationhumaine tant au niveau des conditions de vie que du deacuteveloppement technologique
15
LEXIQUE
Tous les termes importants employeacutes dans le dossier sont reacutepertorieacutes ici avec leur deacutefinition
Analogique se dit drsquoun signal qui geacuteneacuteralement et contrairement au numeacuterique estextrecircmement complexe mais pour un mecircme flux de donneacutees brutes on observe que latotaliteacute des informations est deacutejagrave passeacute alors que en numeacuterique ccedila demande beaucoup plusde flux
CD et DVD (Compact Disk et Digital Versatile Disk) sont les sigles qui deacutesignent le DisqueLaser et le Disque Digitale agrave Multifonction Ces disques ont remplaceacutes le vieux disquemagneacutetique Vinyle la bande cassette magneacutetique sonore ou videacuteo De nos jours ce sontdes produits de haute consommation tout ce qursquoil y a de plus classique Toutefois ils sontameneacutes agrave disparaicirctre remplaceacutes par leur successeur le HQ-DVD (High Quality DVD) ouBlue Ray Disk celui-ci eacutetant baseacute sur le principe drsquoun laser bleu donc drsquoune lumiegraveremonochromatique agrave plus faible longueur drsquoonde et par conseacutequent les creux et bosses dudisque peuvent ecirctre beaucoup plus nombreux drsquoougrave un gain eacutenorme de place
Ceacuteleacuteriteacute dune onde est sa vitesse de propagation Celle de la lumiegravere la plus connue estde 300 000 kms-1
Champ eacutelectromagneacutetique est le concept central de leacutelectromagneacutetisme On le conccediloitsouvent comme composition des deux champs vectoriels que lon peut mesurerindeacutependamment le champ eacutelectrique E et le champ magneacutetique B Mais ces deux champsne sont pas seacuteparables
Electroscope Appareil qui permet de deacutetecter une charge eacutelectrique
Freacutequence drsquoonde La freacutequence dun pheacutenomegravene est le nombre de cycles qui seproduisent durant une seconde Luniteacute de la freacutequence est lrsquoHertz (Hz) Le courant alternatifqui alimente nos appareils eacutelectriques a une freacutequence de 50 Hz Cela signifie que leseacutelectrons qui creacuteent le courant changent de direction 20 fois par seconde
Fibre optique Tregraves mince fil de verre (tregraves fragile) permettant de transporter de linformationsous la forme dimpulsions lumineuses
Infrarouge Lumiegravere situeacutee au-delagrave du rouge dans le spectre des couleurs Alors que cettelumiegravere nest pas visible aux yeux humains les eacutemetteurs et les reacutecepteurs infrarougespeuvent envoyer et recevoir des signaux infrarouges
Interfeacuterence Superposition et somme algeacutebrique conseacutequente de deux ondes dunpheacutenomegravene physique vibratoire Linterfeacuterence se manifeste dans les teacuteleacutecommunications enoptique en acoustique et plus geacuteneacuteralement lorsquon a une propagation deacutenergie de typeondulatoire
Longueur drsquoonde est la distance entre deux cycles conseacutecutifs de londe
Lumiegravere polychromatique lumiegravere composeacutee de radiations de longueurs drsquoondesdiffeacuterentes La lumiegravere laquo blanche raquo est une lumiegravere polychromatique
Monochromatique lumiegravere composeacutee drsquoune radiation (de freacutequence deacutefinie) Un laser He-Ne eacutemet une lumiegravere monochromatique
16
N indice caracteacuterisant le milieu dans lequel la lumiegravere se propage
Numeacuterique le numeacuterique est un codage extrecircmement simple mais tregraves encombrant Il secompose drsquoune longue chaicircne de laquo 0 raquo et laquo 1 raquo nommeacute bit Tous les 4x bits (ougrave X est unentier naturel) on a un mot En theacuteorie informatique il faut 8 bits pour former un Octet (uniteacutede donneacutees informatiques en anglais crsquoest le Byte) En pratique il faut exactement 8 bitsdrsquoinformation reacuteelle et 2 bits de correction drsquoerreur
Onde Une onde a la faculteacute de transporter de leacutenergie dun point agrave un autre sans quil y aittransfert de matiegravere
Photon est un concept utiliseacute pour repreacutesenter les interactions entre les rayonnementseacutelectromagneacutetiques (notamment la lumiegravere les ultraviolets et les rayons X) et la matiegravere
Spectre une lumiegravere est une somme de lumiegraveres simples de freacutequences et dintensiteacutesdiffeacuterentes La relation entre ces freacutequences et la luminositeacute qui leur correspond sappelle unspectre
plusmnR plusmnRW RAM -R -RW il srsquoagit de norme de gravure Pour CD on parle de CD-R ou CD-RW R correspondant agrave enregistrable (recordable en anglais) et RW agrave reacuteinscriptible(rewritable en anglais) Cette norme srsquoapplique pareil aux DVD agrave un seul deacutetail le + ou le ndashqui lui diffeacuterencie en fait juste le format de Philips(+) de celui de Sony (-) ce qui laisse sous-entendre un proceacutedeacute de gravure diffeacuterent sur quelques points La norme RAM est valableque pour DVD il srsquoagit drsquoun type de disque qui peut-ecirctre compareacute agrave une disquettemagneacutetique car ccedila dureacutee de vie est sensiblement la mecircme en ce qui concerne la reacuteeacutecriture
17
BibliographieLivres
Encyclopeacutedie Universalis ndash La lumiegravere
Manuel scolaire Physique Terminale S Didier ndash Programme 1995
Articles de peacuteriodiques
Science et vie junior ndash Hors seacuterie ndeg53
Courrier International ndeg616
Science et vie junior ndeg151
Cahier de science et vie ndeg65
Cleacutes de lrsquoactualiteacute ndeg269
Science et vie ndeg928
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg186
La recherche ndeg216
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg150
Sites Internet
httpwwwsennheiserfrpagephppg=technologietransmissionif
httppedagogieac-
montpellierfrDisciplinesscphysiquesSP30BTS20IRISTransmission20du20signalpdf
httpwwwnew-sngcomnorteldisc1_fcfm
httplullyasarizonaedu~hdolethesethese_hdole_htmlnode5html
httplocochenettransmission_donneesphp
httpwwwlkbensfr~jacquierDESSOptionBhtml
httplasiruniv-lille1frpagesSpectrometrie_Infrarougehtml
httpwwwjbaumannchjbinformatiquewifihtml
httpwwwjautomatisecomWhiteCommunicationWPCuivrehtm
httpwwwwikipediacom
httpwwwfutura-sciencescom
httppersowanadoofrguychaumeton
httpwwwalluphysicsDownloadsPremiC3A8reCours20polycopiC3A9sEffet2
0photoC3A9lectriquepdf
Et beaucoup de connaissances personnelles en ce qui concerne lrsquoinformatique
12
III Le Stockage de lrsquoinformation par la lumiegravere
Un exemple simple le Compact Disk (CD) et le Digital Versatile Disk (DVD)
La lumiegravere bien pratique agrave toutesnos utilisations est rentreacutee peu agrave peudans lrsquoeacutelectronique et plus preacuteciseacutementdans lrsquoeacutelectro-informatique
Nous eacutetudierons ici la lumiegravere entant que porteuse de donneacutees et nousassimilerons la surface optique du CD agraveune surface composeacutee drsquoun tregraves grandnombre de miroirs nanoscopique (dontnous deacutefinirons la taille plus tard) Ce quinous inteacuteresse ici crsquoest de parler dumodegravele ondulatoire de la lumiegravere car crsquoestbien sur ce modegravele qui explique les lois deDescartes qui est utiliseacutees dans leprocessus de lecture du disque
a) Drsquoun systegraveme optique agrave un systegraveme eacutelectrique
On consideacuterera que le CDDVD estcomposeacute drsquoune multitude de creux et debosses le tout recouvert drsquoune couchedrsquoaluminium tregraves fine qui servira dereacuteflecteur
Les creux seront appeleacutes par la suitelaquo microcuvettes raquo et les bosses la surfacelaquo normale raquo du CD
Sur le scheacutema ci-contre une diode lasereacutemet un rayon qui traverse une lame semi-reacutefleacutechissante Ce rayon va laquo frapper la surface du disque Ici on a deux possibiliteacutes
- Drsquoune part le laser rencontre une bosse au quel cas le rayon est reacutefleacutechinaturellement au quel cas il retourne sur la lame semi-reacutefleacutechissante pour aller laquo taper raquo unphotoreacutecepteur La tension marqueacutee est dite forte car elle est supeacuterieur nettement agrave 0
- Drsquoautre part le laser rencontre une microcuvette au quel cas le rayon estcomplegravetement reacutefleacutechi mais dans tous les sens possibles de ce fait le rayon restant pouraller laquo taper raquo le photoreacutecepteur est trop faible la tension marqueacutee est sensiblement nulle
Crsquoest gracircce aux lois de Descartes si le rayon arrive jusqursquoau photoreacutecepteur En effetsi on ne connaissait pas la trajectoire du rayon apregraves avoir tapeacute la surface du disque riennrsquoaurait eacuteteacute placeacute pour reacutecupeacuterer lrsquointeacutegraliteacute du rayon
Pour un DVD les lois srsquoapplique de la mecircme maniegravere bien qursquoil y ait 2 couches delecture La seconde couche fonctionne pareil que celle du CD classique alors que lapremiegravere couche est semi-reacuteflechissante Selon la position de la lentille le faisceau nerevient pas avec exactement la mecircme puissance de ce fait les tensions varient Comme onconnaicirct les tensions recueillies par la reacuteflexion de la seconde couche celle de la premiegraveresont retrouveacutees tregraves aiseacutement
13
b) Drsquoun systegraveme eacutelectrique aux donneacutees informatiques
Sur le scheacutema preacuteceacutedent la tension donneacutee dans le circuit eacutetait convertit sous formede donneacutees analogiques qui eacutetaient travailleacutees par un systegraveme de Haut-Parleur Eninformatique le proceacutedeacute drsquoanalogisme est utiliseacute qursquoen dernier recours car il contientbeaucoup trop drsquoerreur De ce fait les donneacutees restent sous leur forme numeacuterique
Comment ccedila marche A dire vrai le numeacuterique est un codage de donneacutees sous forme dechiffres binaires (0 et 1) On lrsquoa vu preacuteceacutedemment le signal lumineux eacutetait converti en tensioneacutelectrique Cette tension si elle est nulle correspondra agrave unlaquo 0 raquo et si elle est nettement supeacuterieure agrave 0 elle correspondra agravelaquo 1 raquo Attention le circuit eacutelectrique ne transmet pas de 0 ou de1 ce nrsquoest qursquoun codage logique pour faire correspondre lavision de lrsquohomme agrave lrsquoeacutemission drsquoimpulsions eacutelectriques En effetune impulsion correspond agrave une mise sous tension donc agravelaquo 1 raquo pas drsquoimpulsion eacutequivaut agrave tension nulle donc agrave laquo 0 raquo
c) Ecriture du disque
Un disque ne se fabrique pas par magie on le laquo grave raquoLe fait de graver est le mecircme que sur la roche on module unede couche de matiegravere pour y laisser des inscriptions Latechnique a certainement eacutevolueacute pour le CD depuis sonapparution mais le principe reste le mecircme
Un disque commercial (deacutejagrave graveacute) est fait avec la mecircmemeacutethode un laser a moduleacute une couche photosensible selon lecode drsquoeacutecriture binaire La couche a alors pris lrsquoallure de laquo creuxet de bosses raquo On a alors recouvert le tout drsquoune couchemeacutetallique qui a prit lrsquoempreinte de la couche preacuteceacutedente Cettecouche sert alors de laquo moule raquo pour le support en PCV dudisque Le support est agrave son tour mouleacute puis recouvert drsquoun filmdrsquoaluminium qui servira pour la reacuteflexion de la lumiegravere (cf voirscheacutema ci-contre) Pour DVD la technique est la mecircme agrave partque la premiegravere couche est toujours semi-reacutefleacutechissante
De nos jours le systegraveme a un peu eacutevolueacute mecircme si les CD commerciaux sont toujoursgraveacutes de la mecircme maniegravere (mecircme si apregraves correction de deacutefaut la platine drsquoaluminium aeacuteteacute emprisonneacutee dans le PVC) Lrsquoeacutevolution se remarque du fait que lrsquoon peut graver nousmecircme nos propres CD (-R ou -RW) et mecircme nos DVD (plusmnR plusmnRW ou RAM) le tout gracircce agrave unpetit appareil le graveur Il ne reacutepond plus au mecircme systegraveme que preacuteceacutedemment mais ilfait tout de mecircme un aussi bon travail que son aicircneacute
En conclusion la lumiegravere pour un CD ou DVD nrsquoa qursquoun rocircle tregraves mineur elle sert agravereacuteveacuteler une empreinte poseacutee sur une laquo suite de miroir raquo placeacutes agrave deux niveaux diffeacuterentsComme lrsquoutilisation de la lumiegravere est plutocirct simpliste il convient mieux drsquoappliquer les lois deDescartes et dont le modegravele ondulatoire plutocirct que drsquoappliquer un modegravele complexe qursquoest lecorpusculaire
14
Conclusion
Durant toute cette eacutetude on a vu de plusieurs modegraveles de la lumiegravere ceux-ci nousaidant agrave mieux comprendre son utilisation pour la technologie moderne de transfert et destockage de lrsquoinformation
La lumiegravere elle-mecircme nrsquoa qursquoun faible rocircle on lrsquoa vu par lrsquointermeacutediaire du CD Sonrocircle est de reacuteveacuteleacute une empreinte sur une surface reacutefleacutechissante moduleacutee le tout seratranscris de sorte qursquoon puisse srsquoen resservir sous une autre forme Si la surface nrsquoest pasmoduleacutee crsquoest que crsquoest le rayon lui-mecircme qui est moduleacute sous forme drsquoimpulsion tel quenous lrsquoavons vue dans le cas de la fibre optique
Les deux modegraveles eacutetablis de la lumiegravere ont eacuteteacute veacuterifieacutes comme eacutetant valable selon lesutilisations qursquoon a de la lumiegravere auquel cas on observera deux situations diffeacuterentes
- Drsquoune part le modegravele corpusculaire qui permet drsquoexpliquer beaucoup de chose surla lumiegravere notamment son deacuteplacement chaotique dans la fibre optique
- Drsquoautre part le model ondulatoire qui lui plus simple que le preacuteceacutedent permet desrsquointeacuteresser agrave un cas bien particulier de la lumiegravere lorsque celle-ci est assimileacute agraveun rayon circulant en ligne droite
Par conseacutequent on peut dire que la lumiegravere ne stocke pas la lumiegravere mais ne sertqursquoagrave la faire transmettre drsquoun support agrave un autre tels que du CD vers lrsquoinformatique ou drsquouneacutemetteur agrave un reacutecepteur en passant par la fibre optiqueLa lumiegravere est donc un eacuteleacutement indispensable au bon deacuteveloppement de la civilisationhumaine tant au niveau des conditions de vie que du deacuteveloppement technologique
15
LEXIQUE
Tous les termes importants employeacutes dans le dossier sont reacutepertorieacutes ici avec leur deacutefinition
Analogique se dit drsquoun signal qui geacuteneacuteralement et contrairement au numeacuterique estextrecircmement complexe mais pour un mecircme flux de donneacutees brutes on observe que latotaliteacute des informations est deacutejagrave passeacute alors que en numeacuterique ccedila demande beaucoup plusde flux
CD et DVD (Compact Disk et Digital Versatile Disk) sont les sigles qui deacutesignent le DisqueLaser et le Disque Digitale agrave Multifonction Ces disques ont remplaceacutes le vieux disquemagneacutetique Vinyle la bande cassette magneacutetique sonore ou videacuteo De nos jours ce sontdes produits de haute consommation tout ce qursquoil y a de plus classique Toutefois ils sontameneacutes agrave disparaicirctre remplaceacutes par leur successeur le HQ-DVD (High Quality DVD) ouBlue Ray Disk celui-ci eacutetant baseacute sur le principe drsquoun laser bleu donc drsquoune lumiegraveremonochromatique agrave plus faible longueur drsquoonde et par conseacutequent les creux et bosses dudisque peuvent ecirctre beaucoup plus nombreux drsquoougrave un gain eacutenorme de place
Ceacuteleacuteriteacute dune onde est sa vitesse de propagation Celle de la lumiegravere la plus connue estde 300 000 kms-1
Champ eacutelectromagneacutetique est le concept central de leacutelectromagneacutetisme On le conccediloitsouvent comme composition des deux champs vectoriels que lon peut mesurerindeacutependamment le champ eacutelectrique E et le champ magneacutetique B Mais ces deux champsne sont pas seacuteparables
Electroscope Appareil qui permet de deacutetecter une charge eacutelectrique
Freacutequence drsquoonde La freacutequence dun pheacutenomegravene est le nombre de cycles qui seproduisent durant une seconde Luniteacute de la freacutequence est lrsquoHertz (Hz) Le courant alternatifqui alimente nos appareils eacutelectriques a une freacutequence de 50 Hz Cela signifie que leseacutelectrons qui creacuteent le courant changent de direction 20 fois par seconde
Fibre optique Tregraves mince fil de verre (tregraves fragile) permettant de transporter de linformationsous la forme dimpulsions lumineuses
Infrarouge Lumiegravere situeacutee au-delagrave du rouge dans le spectre des couleurs Alors que cettelumiegravere nest pas visible aux yeux humains les eacutemetteurs et les reacutecepteurs infrarougespeuvent envoyer et recevoir des signaux infrarouges
Interfeacuterence Superposition et somme algeacutebrique conseacutequente de deux ondes dunpheacutenomegravene physique vibratoire Linterfeacuterence se manifeste dans les teacuteleacutecommunications enoptique en acoustique et plus geacuteneacuteralement lorsquon a une propagation deacutenergie de typeondulatoire
Longueur drsquoonde est la distance entre deux cycles conseacutecutifs de londe
Lumiegravere polychromatique lumiegravere composeacutee de radiations de longueurs drsquoondesdiffeacuterentes La lumiegravere laquo blanche raquo est une lumiegravere polychromatique
Monochromatique lumiegravere composeacutee drsquoune radiation (de freacutequence deacutefinie) Un laser He-Ne eacutemet une lumiegravere monochromatique
16
N indice caracteacuterisant le milieu dans lequel la lumiegravere se propage
Numeacuterique le numeacuterique est un codage extrecircmement simple mais tregraves encombrant Il secompose drsquoune longue chaicircne de laquo 0 raquo et laquo 1 raquo nommeacute bit Tous les 4x bits (ougrave X est unentier naturel) on a un mot En theacuteorie informatique il faut 8 bits pour former un Octet (uniteacutede donneacutees informatiques en anglais crsquoest le Byte) En pratique il faut exactement 8 bitsdrsquoinformation reacuteelle et 2 bits de correction drsquoerreur
Onde Une onde a la faculteacute de transporter de leacutenergie dun point agrave un autre sans quil y aittransfert de matiegravere
Photon est un concept utiliseacute pour repreacutesenter les interactions entre les rayonnementseacutelectromagneacutetiques (notamment la lumiegravere les ultraviolets et les rayons X) et la matiegravere
Spectre une lumiegravere est une somme de lumiegraveres simples de freacutequences et dintensiteacutesdiffeacuterentes La relation entre ces freacutequences et la luminositeacute qui leur correspond sappelle unspectre
plusmnR plusmnRW RAM -R -RW il srsquoagit de norme de gravure Pour CD on parle de CD-R ou CD-RW R correspondant agrave enregistrable (recordable en anglais) et RW agrave reacuteinscriptible(rewritable en anglais) Cette norme srsquoapplique pareil aux DVD agrave un seul deacutetail le + ou le ndashqui lui diffeacuterencie en fait juste le format de Philips(+) de celui de Sony (-) ce qui laisse sous-entendre un proceacutedeacute de gravure diffeacuterent sur quelques points La norme RAM est valableque pour DVD il srsquoagit drsquoun type de disque qui peut-ecirctre compareacute agrave une disquettemagneacutetique car ccedila dureacutee de vie est sensiblement la mecircme en ce qui concerne la reacuteeacutecriture
17
BibliographieLivres
Encyclopeacutedie Universalis ndash La lumiegravere
Manuel scolaire Physique Terminale S Didier ndash Programme 1995
Articles de peacuteriodiques
Science et vie junior ndash Hors seacuterie ndeg53
Courrier International ndeg616
Science et vie junior ndeg151
Cahier de science et vie ndeg65
Cleacutes de lrsquoactualiteacute ndeg269
Science et vie ndeg928
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg186
La recherche ndeg216
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Sites Internet
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httplocochenettransmission_donneesphp
httpwwwlkbensfr~jacquierDESSOptionBhtml
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httpwwwjbaumannchjbinformatiquewifihtml
httpwwwjautomatisecomWhiteCommunicationWPCuivrehtm
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httpwwwalluphysicsDownloadsPremiC3A8reCours20polycopiC3A9sEffet2
0photoC3A9lectriquepdf
Et beaucoup de connaissances personnelles en ce qui concerne lrsquoinformatique
13
b) Drsquoun systegraveme eacutelectrique aux donneacutees informatiques
Sur le scheacutema preacuteceacutedent la tension donneacutee dans le circuit eacutetait convertit sous formede donneacutees analogiques qui eacutetaient travailleacutees par un systegraveme de Haut-Parleur Eninformatique le proceacutedeacute drsquoanalogisme est utiliseacute qursquoen dernier recours car il contientbeaucoup trop drsquoerreur De ce fait les donneacutees restent sous leur forme numeacuterique
Comment ccedila marche A dire vrai le numeacuterique est un codage de donneacutees sous forme dechiffres binaires (0 et 1) On lrsquoa vu preacuteceacutedemment le signal lumineux eacutetait converti en tensioneacutelectrique Cette tension si elle est nulle correspondra agrave unlaquo 0 raquo et si elle est nettement supeacuterieure agrave 0 elle correspondra agravelaquo 1 raquo Attention le circuit eacutelectrique ne transmet pas de 0 ou de1 ce nrsquoest qursquoun codage logique pour faire correspondre lavision de lrsquohomme agrave lrsquoeacutemission drsquoimpulsions eacutelectriques En effetune impulsion correspond agrave une mise sous tension donc agravelaquo 1 raquo pas drsquoimpulsion eacutequivaut agrave tension nulle donc agrave laquo 0 raquo
c) Ecriture du disque
Un disque ne se fabrique pas par magie on le laquo grave raquoLe fait de graver est le mecircme que sur la roche on module unede couche de matiegravere pour y laisser des inscriptions Latechnique a certainement eacutevolueacute pour le CD depuis sonapparution mais le principe reste le mecircme
Un disque commercial (deacutejagrave graveacute) est fait avec la mecircmemeacutethode un laser a moduleacute une couche photosensible selon lecode drsquoeacutecriture binaire La couche a alors pris lrsquoallure de laquo creuxet de bosses raquo On a alors recouvert le tout drsquoune couchemeacutetallique qui a prit lrsquoempreinte de la couche preacuteceacutedente Cettecouche sert alors de laquo moule raquo pour le support en PCV dudisque Le support est agrave son tour mouleacute puis recouvert drsquoun filmdrsquoaluminium qui servira pour la reacuteflexion de la lumiegravere (cf voirscheacutema ci-contre) Pour DVD la technique est la mecircme agrave partque la premiegravere couche est toujours semi-reacutefleacutechissante
De nos jours le systegraveme a un peu eacutevolueacute mecircme si les CD commerciaux sont toujoursgraveacutes de la mecircme maniegravere (mecircme si apregraves correction de deacutefaut la platine drsquoaluminium aeacuteteacute emprisonneacutee dans le PVC) Lrsquoeacutevolution se remarque du fait que lrsquoon peut graver nousmecircme nos propres CD (-R ou -RW) et mecircme nos DVD (plusmnR plusmnRW ou RAM) le tout gracircce agrave unpetit appareil le graveur Il ne reacutepond plus au mecircme systegraveme que preacuteceacutedemment mais ilfait tout de mecircme un aussi bon travail que son aicircneacute
En conclusion la lumiegravere pour un CD ou DVD nrsquoa qursquoun rocircle tregraves mineur elle sert agravereacuteveacuteler une empreinte poseacutee sur une laquo suite de miroir raquo placeacutes agrave deux niveaux diffeacuterentsComme lrsquoutilisation de la lumiegravere est plutocirct simpliste il convient mieux drsquoappliquer les lois deDescartes et dont le modegravele ondulatoire plutocirct que drsquoappliquer un modegravele complexe qursquoest lecorpusculaire
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Conclusion
Durant toute cette eacutetude on a vu de plusieurs modegraveles de la lumiegravere ceux-ci nousaidant agrave mieux comprendre son utilisation pour la technologie moderne de transfert et destockage de lrsquoinformation
La lumiegravere elle-mecircme nrsquoa qursquoun faible rocircle on lrsquoa vu par lrsquointermeacutediaire du CD Sonrocircle est de reacuteveacuteleacute une empreinte sur une surface reacutefleacutechissante moduleacutee le tout seratranscris de sorte qursquoon puisse srsquoen resservir sous une autre forme Si la surface nrsquoest pasmoduleacutee crsquoest que crsquoest le rayon lui-mecircme qui est moduleacute sous forme drsquoimpulsion tel quenous lrsquoavons vue dans le cas de la fibre optique
Les deux modegraveles eacutetablis de la lumiegravere ont eacuteteacute veacuterifieacutes comme eacutetant valable selon lesutilisations qursquoon a de la lumiegravere auquel cas on observera deux situations diffeacuterentes
- Drsquoune part le modegravele corpusculaire qui permet drsquoexpliquer beaucoup de chose surla lumiegravere notamment son deacuteplacement chaotique dans la fibre optique
- Drsquoautre part le model ondulatoire qui lui plus simple que le preacuteceacutedent permet desrsquointeacuteresser agrave un cas bien particulier de la lumiegravere lorsque celle-ci est assimileacute agraveun rayon circulant en ligne droite
Par conseacutequent on peut dire que la lumiegravere ne stocke pas la lumiegravere mais ne sertqursquoagrave la faire transmettre drsquoun support agrave un autre tels que du CD vers lrsquoinformatique ou drsquouneacutemetteur agrave un reacutecepteur en passant par la fibre optiqueLa lumiegravere est donc un eacuteleacutement indispensable au bon deacuteveloppement de la civilisationhumaine tant au niveau des conditions de vie que du deacuteveloppement technologique
15
LEXIQUE
Tous les termes importants employeacutes dans le dossier sont reacutepertorieacutes ici avec leur deacutefinition
Analogique se dit drsquoun signal qui geacuteneacuteralement et contrairement au numeacuterique estextrecircmement complexe mais pour un mecircme flux de donneacutees brutes on observe que latotaliteacute des informations est deacutejagrave passeacute alors que en numeacuterique ccedila demande beaucoup plusde flux
CD et DVD (Compact Disk et Digital Versatile Disk) sont les sigles qui deacutesignent le DisqueLaser et le Disque Digitale agrave Multifonction Ces disques ont remplaceacutes le vieux disquemagneacutetique Vinyle la bande cassette magneacutetique sonore ou videacuteo De nos jours ce sontdes produits de haute consommation tout ce qursquoil y a de plus classique Toutefois ils sontameneacutes agrave disparaicirctre remplaceacutes par leur successeur le HQ-DVD (High Quality DVD) ouBlue Ray Disk celui-ci eacutetant baseacute sur le principe drsquoun laser bleu donc drsquoune lumiegraveremonochromatique agrave plus faible longueur drsquoonde et par conseacutequent les creux et bosses dudisque peuvent ecirctre beaucoup plus nombreux drsquoougrave un gain eacutenorme de place
Ceacuteleacuteriteacute dune onde est sa vitesse de propagation Celle de la lumiegravere la plus connue estde 300 000 kms-1
Champ eacutelectromagneacutetique est le concept central de leacutelectromagneacutetisme On le conccediloitsouvent comme composition des deux champs vectoriels que lon peut mesurerindeacutependamment le champ eacutelectrique E et le champ magneacutetique B Mais ces deux champsne sont pas seacuteparables
Electroscope Appareil qui permet de deacutetecter une charge eacutelectrique
Freacutequence drsquoonde La freacutequence dun pheacutenomegravene est le nombre de cycles qui seproduisent durant une seconde Luniteacute de la freacutequence est lrsquoHertz (Hz) Le courant alternatifqui alimente nos appareils eacutelectriques a une freacutequence de 50 Hz Cela signifie que leseacutelectrons qui creacuteent le courant changent de direction 20 fois par seconde
Fibre optique Tregraves mince fil de verre (tregraves fragile) permettant de transporter de linformationsous la forme dimpulsions lumineuses
Infrarouge Lumiegravere situeacutee au-delagrave du rouge dans le spectre des couleurs Alors que cettelumiegravere nest pas visible aux yeux humains les eacutemetteurs et les reacutecepteurs infrarougespeuvent envoyer et recevoir des signaux infrarouges
Interfeacuterence Superposition et somme algeacutebrique conseacutequente de deux ondes dunpheacutenomegravene physique vibratoire Linterfeacuterence se manifeste dans les teacuteleacutecommunications enoptique en acoustique et plus geacuteneacuteralement lorsquon a une propagation deacutenergie de typeondulatoire
Longueur drsquoonde est la distance entre deux cycles conseacutecutifs de londe
Lumiegravere polychromatique lumiegravere composeacutee de radiations de longueurs drsquoondesdiffeacuterentes La lumiegravere laquo blanche raquo est une lumiegravere polychromatique
Monochromatique lumiegravere composeacutee drsquoune radiation (de freacutequence deacutefinie) Un laser He-Ne eacutemet une lumiegravere monochromatique
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N indice caracteacuterisant le milieu dans lequel la lumiegravere se propage
Numeacuterique le numeacuterique est un codage extrecircmement simple mais tregraves encombrant Il secompose drsquoune longue chaicircne de laquo 0 raquo et laquo 1 raquo nommeacute bit Tous les 4x bits (ougrave X est unentier naturel) on a un mot En theacuteorie informatique il faut 8 bits pour former un Octet (uniteacutede donneacutees informatiques en anglais crsquoest le Byte) En pratique il faut exactement 8 bitsdrsquoinformation reacuteelle et 2 bits de correction drsquoerreur
Onde Une onde a la faculteacute de transporter de leacutenergie dun point agrave un autre sans quil y aittransfert de matiegravere
Photon est un concept utiliseacute pour repreacutesenter les interactions entre les rayonnementseacutelectromagneacutetiques (notamment la lumiegravere les ultraviolets et les rayons X) et la matiegravere
Spectre une lumiegravere est une somme de lumiegraveres simples de freacutequences et dintensiteacutesdiffeacuterentes La relation entre ces freacutequences et la luminositeacute qui leur correspond sappelle unspectre
plusmnR plusmnRW RAM -R -RW il srsquoagit de norme de gravure Pour CD on parle de CD-R ou CD-RW R correspondant agrave enregistrable (recordable en anglais) et RW agrave reacuteinscriptible(rewritable en anglais) Cette norme srsquoapplique pareil aux DVD agrave un seul deacutetail le + ou le ndashqui lui diffeacuterencie en fait juste le format de Philips(+) de celui de Sony (-) ce qui laisse sous-entendre un proceacutedeacute de gravure diffeacuterent sur quelques points La norme RAM est valableque pour DVD il srsquoagit drsquoun type de disque qui peut-ecirctre compareacute agrave une disquettemagneacutetique car ccedila dureacutee de vie est sensiblement la mecircme en ce qui concerne la reacuteeacutecriture
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BibliographieLivres
Encyclopeacutedie Universalis ndash La lumiegravere
Manuel scolaire Physique Terminale S Didier ndash Programme 1995
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Durant toute cette eacutetude on a vu de plusieurs modegraveles de la lumiegravere ceux-ci nousaidant agrave mieux comprendre son utilisation pour la technologie moderne de transfert et destockage de lrsquoinformation
La lumiegravere elle-mecircme nrsquoa qursquoun faible rocircle on lrsquoa vu par lrsquointermeacutediaire du CD Sonrocircle est de reacuteveacuteleacute une empreinte sur une surface reacutefleacutechissante moduleacutee le tout seratranscris de sorte qursquoon puisse srsquoen resservir sous une autre forme Si la surface nrsquoest pasmoduleacutee crsquoest que crsquoest le rayon lui-mecircme qui est moduleacute sous forme drsquoimpulsion tel quenous lrsquoavons vue dans le cas de la fibre optique
Les deux modegraveles eacutetablis de la lumiegravere ont eacuteteacute veacuterifieacutes comme eacutetant valable selon lesutilisations qursquoon a de la lumiegravere auquel cas on observera deux situations diffeacuterentes
- Drsquoune part le modegravele corpusculaire qui permet drsquoexpliquer beaucoup de chose surla lumiegravere notamment son deacuteplacement chaotique dans la fibre optique
- Drsquoautre part le model ondulatoire qui lui plus simple que le preacuteceacutedent permet desrsquointeacuteresser agrave un cas bien particulier de la lumiegravere lorsque celle-ci est assimileacute agraveun rayon circulant en ligne droite
Par conseacutequent on peut dire que la lumiegravere ne stocke pas la lumiegravere mais ne sertqursquoagrave la faire transmettre drsquoun support agrave un autre tels que du CD vers lrsquoinformatique ou drsquouneacutemetteur agrave un reacutecepteur en passant par la fibre optiqueLa lumiegravere est donc un eacuteleacutement indispensable au bon deacuteveloppement de la civilisationhumaine tant au niveau des conditions de vie que du deacuteveloppement technologique
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LEXIQUE
Tous les termes importants employeacutes dans le dossier sont reacutepertorieacutes ici avec leur deacutefinition
Analogique se dit drsquoun signal qui geacuteneacuteralement et contrairement au numeacuterique estextrecircmement complexe mais pour un mecircme flux de donneacutees brutes on observe que latotaliteacute des informations est deacutejagrave passeacute alors que en numeacuterique ccedila demande beaucoup plusde flux
CD et DVD (Compact Disk et Digital Versatile Disk) sont les sigles qui deacutesignent le DisqueLaser et le Disque Digitale agrave Multifonction Ces disques ont remplaceacutes le vieux disquemagneacutetique Vinyle la bande cassette magneacutetique sonore ou videacuteo De nos jours ce sontdes produits de haute consommation tout ce qursquoil y a de plus classique Toutefois ils sontameneacutes agrave disparaicirctre remplaceacutes par leur successeur le HQ-DVD (High Quality DVD) ouBlue Ray Disk celui-ci eacutetant baseacute sur le principe drsquoun laser bleu donc drsquoune lumiegraveremonochromatique agrave plus faible longueur drsquoonde et par conseacutequent les creux et bosses dudisque peuvent ecirctre beaucoup plus nombreux drsquoougrave un gain eacutenorme de place
Ceacuteleacuteriteacute dune onde est sa vitesse de propagation Celle de la lumiegravere la plus connue estde 300 000 kms-1
Champ eacutelectromagneacutetique est le concept central de leacutelectromagneacutetisme On le conccediloitsouvent comme composition des deux champs vectoriels que lon peut mesurerindeacutependamment le champ eacutelectrique E et le champ magneacutetique B Mais ces deux champsne sont pas seacuteparables
Electroscope Appareil qui permet de deacutetecter une charge eacutelectrique
Freacutequence drsquoonde La freacutequence dun pheacutenomegravene est le nombre de cycles qui seproduisent durant une seconde Luniteacute de la freacutequence est lrsquoHertz (Hz) Le courant alternatifqui alimente nos appareils eacutelectriques a une freacutequence de 50 Hz Cela signifie que leseacutelectrons qui creacuteent le courant changent de direction 20 fois par seconde
Fibre optique Tregraves mince fil de verre (tregraves fragile) permettant de transporter de linformationsous la forme dimpulsions lumineuses
Infrarouge Lumiegravere situeacutee au-delagrave du rouge dans le spectre des couleurs Alors que cettelumiegravere nest pas visible aux yeux humains les eacutemetteurs et les reacutecepteurs infrarougespeuvent envoyer et recevoir des signaux infrarouges
Interfeacuterence Superposition et somme algeacutebrique conseacutequente de deux ondes dunpheacutenomegravene physique vibratoire Linterfeacuterence se manifeste dans les teacuteleacutecommunications enoptique en acoustique et plus geacuteneacuteralement lorsquon a une propagation deacutenergie de typeondulatoire
Longueur drsquoonde est la distance entre deux cycles conseacutecutifs de londe
Lumiegravere polychromatique lumiegravere composeacutee de radiations de longueurs drsquoondesdiffeacuterentes La lumiegravere laquo blanche raquo est une lumiegravere polychromatique
Monochromatique lumiegravere composeacutee drsquoune radiation (de freacutequence deacutefinie) Un laser He-Ne eacutemet une lumiegravere monochromatique
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N indice caracteacuterisant le milieu dans lequel la lumiegravere se propage
Numeacuterique le numeacuterique est un codage extrecircmement simple mais tregraves encombrant Il secompose drsquoune longue chaicircne de laquo 0 raquo et laquo 1 raquo nommeacute bit Tous les 4x bits (ougrave X est unentier naturel) on a un mot En theacuteorie informatique il faut 8 bits pour former un Octet (uniteacutede donneacutees informatiques en anglais crsquoest le Byte) En pratique il faut exactement 8 bitsdrsquoinformation reacuteelle et 2 bits de correction drsquoerreur
Onde Une onde a la faculteacute de transporter de leacutenergie dun point agrave un autre sans quil y aittransfert de matiegravere
Photon est un concept utiliseacute pour repreacutesenter les interactions entre les rayonnementseacutelectromagneacutetiques (notamment la lumiegravere les ultraviolets et les rayons X) et la matiegravere
Spectre une lumiegravere est une somme de lumiegraveres simples de freacutequences et dintensiteacutesdiffeacuterentes La relation entre ces freacutequences et la luminositeacute qui leur correspond sappelle unspectre
plusmnR plusmnRW RAM -R -RW il srsquoagit de norme de gravure Pour CD on parle de CD-R ou CD-RW R correspondant agrave enregistrable (recordable en anglais) et RW agrave reacuteinscriptible(rewritable en anglais) Cette norme srsquoapplique pareil aux DVD agrave un seul deacutetail le + ou le ndashqui lui diffeacuterencie en fait juste le format de Philips(+) de celui de Sony (-) ce qui laisse sous-entendre un proceacutedeacute de gravure diffeacuterent sur quelques points La norme RAM est valableque pour DVD il srsquoagit drsquoun type de disque qui peut-ecirctre compareacute agrave une disquettemagneacutetique car ccedila dureacutee de vie est sensiblement la mecircme en ce qui concerne la reacuteeacutecriture
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BibliographieLivres
Encyclopeacutedie Universalis ndash La lumiegravere
Manuel scolaire Physique Terminale S Didier ndash Programme 1995
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Cleacutes de lrsquoactualiteacute ndeg269
Science et vie ndeg928
Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg186
La recherche ndeg216
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Analogique se dit drsquoun signal qui geacuteneacuteralement et contrairement au numeacuterique estextrecircmement complexe mais pour un mecircme flux de donneacutees brutes on observe que latotaliteacute des informations est deacutejagrave passeacute alors que en numeacuterique ccedila demande beaucoup plusde flux
CD et DVD (Compact Disk et Digital Versatile Disk) sont les sigles qui deacutesignent le DisqueLaser et le Disque Digitale agrave Multifonction Ces disques ont remplaceacutes le vieux disquemagneacutetique Vinyle la bande cassette magneacutetique sonore ou videacuteo De nos jours ce sontdes produits de haute consommation tout ce qursquoil y a de plus classique Toutefois ils sontameneacutes agrave disparaicirctre remplaceacutes par leur successeur le HQ-DVD (High Quality DVD) ouBlue Ray Disk celui-ci eacutetant baseacute sur le principe drsquoun laser bleu donc drsquoune lumiegraveremonochromatique agrave plus faible longueur drsquoonde et par conseacutequent les creux et bosses dudisque peuvent ecirctre beaucoup plus nombreux drsquoougrave un gain eacutenorme de place
Ceacuteleacuteriteacute dune onde est sa vitesse de propagation Celle de la lumiegravere la plus connue estde 300 000 kms-1
Champ eacutelectromagneacutetique est le concept central de leacutelectromagneacutetisme On le conccediloitsouvent comme composition des deux champs vectoriels que lon peut mesurerindeacutependamment le champ eacutelectrique E et le champ magneacutetique B Mais ces deux champsne sont pas seacuteparables
Electroscope Appareil qui permet de deacutetecter une charge eacutelectrique
Freacutequence drsquoonde La freacutequence dun pheacutenomegravene est le nombre de cycles qui seproduisent durant une seconde Luniteacute de la freacutequence est lrsquoHertz (Hz) Le courant alternatifqui alimente nos appareils eacutelectriques a une freacutequence de 50 Hz Cela signifie que leseacutelectrons qui creacuteent le courant changent de direction 20 fois par seconde
Fibre optique Tregraves mince fil de verre (tregraves fragile) permettant de transporter de linformationsous la forme dimpulsions lumineuses
Infrarouge Lumiegravere situeacutee au-delagrave du rouge dans le spectre des couleurs Alors que cettelumiegravere nest pas visible aux yeux humains les eacutemetteurs et les reacutecepteurs infrarougespeuvent envoyer et recevoir des signaux infrarouges
Interfeacuterence Superposition et somme algeacutebrique conseacutequente de deux ondes dunpheacutenomegravene physique vibratoire Linterfeacuterence se manifeste dans les teacuteleacutecommunications enoptique en acoustique et plus geacuteneacuteralement lorsquon a une propagation deacutenergie de typeondulatoire
Longueur drsquoonde est la distance entre deux cycles conseacutecutifs de londe
Lumiegravere polychromatique lumiegravere composeacutee de radiations de longueurs drsquoondesdiffeacuterentes La lumiegravere laquo blanche raquo est une lumiegravere polychromatique
Monochromatique lumiegravere composeacutee drsquoune radiation (de freacutequence deacutefinie) Un laser He-Ne eacutemet une lumiegravere monochromatique
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N indice caracteacuterisant le milieu dans lequel la lumiegravere se propage
Numeacuterique le numeacuterique est un codage extrecircmement simple mais tregraves encombrant Il secompose drsquoune longue chaicircne de laquo 0 raquo et laquo 1 raquo nommeacute bit Tous les 4x bits (ougrave X est unentier naturel) on a un mot En theacuteorie informatique il faut 8 bits pour former un Octet (uniteacutede donneacutees informatiques en anglais crsquoest le Byte) En pratique il faut exactement 8 bitsdrsquoinformation reacuteelle et 2 bits de correction drsquoerreur
Onde Une onde a la faculteacute de transporter de leacutenergie dun point agrave un autre sans quil y aittransfert de matiegravere
Photon est un concept utiliseacute pour repreacutesenter les interactions entre les rayonnementseacutelectromagneacutetiques (notamment la lumiegravere les ultraviolets et les rayons X) et la matiegravere
Spectre une lumiegravere est une somme de lumiegraveres simples de freacutequences et dintensiteacutesdiffeacuterentes La relation entre ces freacutequences et la luminositeacute qui leur correspond sappelle unspectre
plusmnR plusmnRW RAM -R -RW il srsquoagit de norme de gravure Pour CD on parle de CD-R ou CD-RW R correspondant agrave enregistrable (recordable en anglais) et RW agrave reacuteinscriptible(rewritable en anglais) Cette norme srsquoapplique pareil aux DVD agrave un seul deacutetail le + ou le ndashqui lui diffeacuterencie en fait juste le format de Philips(+) de celui de Sony (-) ce qui laisse sous-entendre un proceacutedeacute de gravure diffeacuterent sur quelques points La norme RAM est valableque pour DVD il srsquoagit drsquoun type de disque qui peut-ecirctre compareacute agrave une disquettemagneacutetique car ccedila dureacutee de vie est sensiblement la mecircme en ce qui concerne la reacuteeacutecriture
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Numeacuterique le numeacuterique est un codage extrecircmement simple mais tregraves encombrant Il secompose drsquoune longue chaicircne de laquo 0 raquo et laquo 1 raquo nommeacute bit Tous les 4x bits (ougrave X est unentier naturel) on a un mot En theacuteorie informatique il faut 8 bits pour former un Octet (uniteacutede donneacutees informatiques en anglais crsquoest le Byte) En pratique il faut exactement 8 bitsdrsquoinformation reacuteelle et 2 bits de correction drsquoerreur
Onde Une onde a la faculteacute de transporter de leacutenergie dun point agrave un autre sans quil y aittransfert de matiegravere
Photon est un concept utiliseacute pour repreacutesenter les interactions entre les rayonnementseacutelectromagneacutetiques (notamment la lumiegravere les ultraviolets et les rayons X) et la matiegravere
Spectre une lumiegravere est une somme de lumiegraveres simples de freacutequences et dintensiteacutesdiffeacuterentes La relation entre ces freacutequences et la luminositeacute qui leur correspond sappelle unspectre
plusmnR plusmnRW RAM -R -RW il srsquoagit de norme de gravure Pour CD on parle de CD-R ou CD-RW R correspondant agrave enregistrable (recordable en anglais) et RW agrave reacuteinscriptible(rewritable en anglais) Cette norme srsquoapplique pareil aux DVD agrave un seul deacutetail le + ou le ndashqui lui diffeacuterencie en fait juste le format de Philips(+) de celui de Sony (-) ce qui laisse sous-entendre un proceacutedeacute de gravure diffeacuterent sur quelques points La norme RAM est valableque pour DVD il srsquoagit drsquoun type de disque qui peut-ecirctre compareacute agrave une disquettemagneacutetique car ccedila dureacutee de vie est sensiblement la mecircme en ce qui concerne la reacuteeacutecriture
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Et beaucoup de connaissances personnelles en ce qui concerne lrsquoinformatique