Un message vocal envoyé à l’autre bout du monde arrive en une fraction de seconde. Comment une information voyage-t-elle ? Elle est transportée par un signal : un son, un éclair de lumière, un courant, une onde radio. Ce chapitre sur les signaux et l’information explique comment on les produit, on les code et on les transmet.
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Signaux et information : qu’est-ce qu’un signal ?
Un feu rouge, la sonnerie d’un téléphone, un coup de sifflet : dans chaque cas, un phénomène physique transporte une information (« arrête-toi », « on t’appelle », « fin de la partie »).
Un signal est un phénomène physique qui varie dans le temps et qui transporte une information d’un émetteur vers un récepteur.
On rencontre plusieurs sortes de signaux : sonores (la voix, la sirène), lumineux (le feu tricolore, un phare), électriques (le courant dans un câble de téléphone) et les ondes radio (Wi-Fi, radio, télévision, téléphone mobile). Un capteur transforme une grandeur physique (température, lumière, son) en signal électrique que l’on peut transmettre ou traiter.
Signal analogique et signal numérique
Un signal analogique varie de façon continue : il peut prendre toutes les valeurs possibles (la tension d’un microphone, par exemple). Un signal numérique ne prend qu’un petit nombre de valeurs bien distinctes ; le plus souvent deux, notées 0 et 1. Chacun de ces chiffres est un bit (« binary digit »).
Coder une information en binaire
Un ordinateur ne manipule que des 0 et des 1. Pour coder un nombre, on utilise l’écriture binaire : chaque position correspond à une puissance de 2 (…, 8, 4, 2, 1, en partant de la droite).
Le nombre binaire 1011 vaut : 1 × 8 + 0 × 4 + 1 × 2 + 1 × 1 = 11. Inversement, 13 = 8 + 4 + 1 s’écrit 1101.
Un groupe de 8 bits s’appelle un octet. Un octet peut représenter 28 = 256 valeurs différentes (de 0 à 255). Une lettre, par exemple, est codée sur un octet : la lettre A correspond au nombre 65, soit 01000001. Les images, les sons et les vidéos sont aussi transformés en suites de bits.
1 octet = 8 bits ; 1 ko = 103 octets ; 1 Mo = 106 octets ; 1 Go = 109 octets
Numériser un signal
Pour transformer un signal analogique en signal numérique, on mesure sa valeur à intervalles de temps réguliers : c’est l’échantillonnage. Chaque mesure est ensuite codée en binaire. Plus on prélève d’échantillons par seconde et plus chaque échantillon est codé finement, plus la copie numérique est fidèle… mais plus le fichier est volumineux.
Transmettre un signal : canaux, débit et vitesse
On transmet un signal par plusieurs canaux : un câble métallique (signal électrique), une fibre optique (signal lumineux guidé dans un fil de verre) ou l’air et le vide (ondes radio, de la même nature que la lumière). Deux grandeurs sont à ne pas confondre.
La vitesse de propagation dit à quelle vitesse le signal avance : le son dans l’air va à environ 340 m/s ; la lumière et les ondes radio dans le vide à 3,0 × 108 m/s ; la lumière dans une fibre optique à environ 2,0 × 108 m/s. Le débit mesure la quantité d’information transmise par seconde.
D = N ÷ t ; t = d ÷ v
D : débit en bit/s ; N : nombre de bits transmis ; t : durée en s ; d : distance parcourue en m ; v : vitesse de propagation en m/s.
On télécharge un fichier de 12 Mo avec un débit de 24 Mbit/s. Le fichier contient 12 × 8 = 96 Mbit. La durée est t = N ÷ D = 96 ÷ 24 = 4,0 s.
Un signal radio fait l’aller-retour entre la Terre et un satellite à 36 000 km d’altitude : d = 2 × 3,6 × 107 m = 7,2 × 107 m. Durée : t = 7,2 × 107 ÷ 3,0 × 108 = 0,24 s. Ce délai explique le léger décalage d’une communication par satellite.
Un fort débit ne veut pas dire que le signal va plus vite : le débit est une quantité d’information par seconde, la vitesse de propagation est une distance par seconde. Ne confonds pas non plus bit (b) et octet (o) : 1 octet = 8 bits.
L’essentiel à retenir
- Un signal est un phénomène physique qui transporte une information d’un émetteur à un récepteur.
- Un signal analogique varie de façon continue ; un signal numérique prend des valeurs distinctes (0 et 1).
- Un bit vaut 0 ou 1 ; un octet = 8 bits = 256 valeurs possibles.
- Numériser, c’est échantillonner puis coder en binaire.
- Débit : D = N ÷ t (bit/s). Propagation : t = d ÷ v.
- Le son (340 m/s dans l’air) est bien plus lent que la lumière et les ondes radio (3,0 × 108 m/s dans le vide).