Image 1 : Coupe d’un CD

Image 3 : Surface d’un CD

Image 2 : Lecture circulaire du CD

Image 4 : Pits et lands d’un CD

Image 5 : Lecture des données numériques du CD

Activité documentaire sur les CD et DVD

IntroductionLe Compact Disc a été inventé en 1981 par les sociétés Sony et Philips afin de constituer un support audio compact de haute qualité permettant un accès direct aux pistes numériques. Lancé officiellement en 1982, c’est un disque optique de 12 cm de diamètre et de 1,2 mm d’épaisseur.Les CD audio et CD-ROM sont constitués de 4 couches :

Un substrat en matière plastique (polycarbonate) pourvu de creux obtenus par pressage Une fine pellicule métallique (or oui argent) constituant la couche réfléchissante Une couche de laque acrylique anti-UV créant un film protecteur pour les données Une couche en polymère servant de support aux informations imprimées

Sources des documents : - Académie de Lyon - http://www.commentcamarche.net/contents/pc/dvdrom.php3 - http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/audio/cdplay.html#c1

Document 1 : Codage et lecture des informations sur un CD

Les données sont gravées sur une piste en forme de spirale qui fait près de 5km de long, du centre vers l’extérieur. Il faut faire 22188 tours pour parcourir la totalité de la piste (image 2). La piste physique est constituée d'alvéoles d'une profondeur de 0,168 μm, d'une largeur de 0,67 μm et de longueur variable. Les pistes physiques sont écartées entre elles d'une distance d'environ 1,6 μm. On nomme creux (en anglais pit) le fond de l'alvéole et on nomme plat (en anglais land) les espaces entre les alvéoles (images 3 et 4). La profondeur de l’alvéole correspond donc à un quart de la longueur d’onde du faisceau laser ce qui n’est pas innocent. Pour coder des données numériques, il faut une série de 0 et de 1. La question est comment le CD donne l’information du 0, et l’information du 1. On pourrait penser que les creux représentent les 1 et les plats les 0 (ou inversement) mais la réalité est plus complexe. Tous les creux et les plats sont des 0 et c’est le passage d’un creux à un plat (ou l’inverse) qui représentera un 1 (image 5). En pratique, la cellule chargée de lire les données regarde l’état de la surface toutes les 0,278 μm : s’il n’y a pas de transition elle renvoie un « 0 », sinon elle renvoie un « 1 ». Toutes les 8 lectures, on obtient un octet qui donne l’information contenu dans le CD. Au total, un CD contient environ 700 Mbits, ce qui correspond à 74 minutes de musique.

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Image 7 : Interférences lors de la lecture du CD

Image 6 : Principe de la lecture d’un disque optique

Image 8 : Bloc optique de lecture du CD

Image 9 : Tâche d’Airy du laser lisant une piste

Document 2 : Lecture des informations sur un CD

Une diode laser émet un faisceau de longueur d’onde λ=780nm qui traverse un miroir semi-réfléchissant et vient frapper la surface du disque sur laquelle il se réfléchit (image 6). Le faisceau réfléchit étant relativement large ses différentes parties peuvent interférer entre elles. Si le faisceau incident a frappé un plat ou un creux, toutes les parties du faisceau réfléchi sont en phase : les interférences sont constructives (image 7).Si le faisceau a frappé un passage plat/creux, alors les différentes parties du faisceau réfléchis sont déphasées car elles ont parcourues des distances différentes : les interférences sont destructives (image 7).L’onde réfléchie atteint ensuite un capteur de lumière, et c’est ainsi que la cellule obtient l’information creux/plat et la traduit en « O » et en « 1 ».

Document 3 : Les limites du CD

Le bloc optique est constitué d’une diode laser suivi d’une lentille convergente qui a pour rôle de faire converger le faisceau laser. Les diamètres de la diode et de la lentille sont très faibles. Le faisceau subit donc une diffraction et l’image donnée par la lentille n’est pas un point mais une petite tâche appelée tâche d’Airy. On montre que dans ce cas, le diamètre d de la tâche s’exprime par la relation :

d=1,22∗λNA

Où NA (Numeric Aperture) est l’ouverture numérique qui varie en fonction inverse de la distance focale f ' de la lentille.

La taille de cette tâche limite le nombre d’informations que peut stocker un CD car il faut que la tâche du laser ne lise qu’une piste à la fois et ne déborde pas sur les pistes voisines.

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Image 10 : Comparaison des pistes d’un CD à gauche et d’un DVD à droite

Image 11 : Comparaison des différents types de support

Document 4 : Vers le DVD et les autres types de support

Pour augmenter la capacité de stockage, c’est-à-dire augmenter le nombre de piste et le nombre de creux par disque, il faut modifier la taille de la tâche d’Airy c’est-à-dire la longueur d’onde du laser utilisé ainsi que l’ouverture numérique NA du bloc optique. C’est ainsi qu’est né le DVD, puis les HD DVD et dernièrement le Blue-ray.

Le DVD (Digital Versatile Disc, plus rarement Digital Video Disc) est une «alternative» au disque compact (CD) dont la capacité est six fois plus importante (pour le support DVD de moindre capacité, simple face, simple couche). Le format DVD a été prévu afin de fournir un support de stockage universel alors que le CD était originalement prévu en tant que support audio uniquement.

Un DVD peut facilement être confondu avec un CD dans la mesure où les deux supports sont des disques en plastique de 12 cm de diamètre, de 1,2 mm d’épaisseur et que leur lecture repose sur l’utilisation d’un laser. Toutefois, les CD utilisent un laser infrarouge possédant une longueur d'onde de 780 nanomètres (nm) tandis que les graveurs de DVD utilisent un laser rouge avec une longueur d'onde de 635 nm ou 650 nm. Ainsi, les DVD possèdent des alvéoles dont la taille minimum est de 0,40 μm avec un espacement de 0,74 μm, contre 0,834 μm et 1,6 μm pour le CD (image 10).

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