Chapitre 13 – Réflexion, réfraction et signaux lumineux | 2nde Bac Pro MAMA | Physique-Chimie | ⏱ 30 min
Dernière mise à jour : 5 mai 2026, format manuel scolaire
Sébastien, technicien réseau chez Atelier 21 à Dijon, doit installer un réseau permettant de transférer les fichiers de découpe (DXF) du bureau aux 4 machines CNC (200 m de distance). Il hésite entre cuivre Ethernet et fibre optique.
| Critère | Cuivre Cat6 | Fibre optique monomode |
|---|---|---|
| Débit max | 1 Gbit/s | 10-100 Gbit/s |
| Distance max sans répéteur | 100 m | 40 km |
| Sensibilité aux interférences | Forte (moteurs) | Aucune |
| Coût (200 m installé) | ≈ 800 € | ≈ 1 800 € |
| Vitesse signal dans le câble | ≈ 0,7 c | ≈ 0,67 c |
a) Qu'est-ce qu'une fibre optique ?
b) Comment la lumière reste-t-elle confinée dans la fibre ?
c) Quelle est la formule reliant la vitesse de la lumière dans un milieu à son indice n ?
a) Une fibre optique est un fil de verre très fin (∅ ≈ 125 µm) qui transporte la lumière sur de grandes distances.
b) Par réflexion totale interne à l'interface cœur/gaine. L'indice du cœur étant supérieur à celui de la gaine, la lumière qui frappe l'interface à grand angle est totalement réfléchie.
c) v = c/n. Plus l'indice est grand, plus la lumière est ralentie.
Calculer la vitesse de la lumière dans le cœur de fibre (n = 1,49).
v = c/n = 3 × 10⁸ / 1,49 ≈ 2,01 × 10⁸ m/s (≈ 200 000 km/s).
Calculer la durée de propagation d'un signal sur 200 m de fibre.
t = d/v = 200 / (2,01 × 10⁸) ≈ 1,0 × 10⁻⁶ s = 1 µs.
1 microseconde pour parcourir 200 m. C'est imperceptible.
Calculer l'angle limite à l'interface cœur/gaine, sachant que :
sin(i_limite) = n_gaine / n_cœur = 1,46 / 1,49.
sin(i_limite) = 1,46 / 1,49 ≈ 0,9799 → i_limite ≈ 78,5°.
Tout rayon arrivant sous un angle ≥ 78,5° par rapport à la normale (donc presque parallèle à l'axe de la fibre) sera totalement réfléchi. C'est ce qui permet la propagation guidée.
Pourquoi une fibre optique est-elle préférable au cuivre dans un atelier avec des machines lourdes (moteurs, soudures à arc) ?
Les machines à fort courant (moteurs, postes à souder) génèrent des parasites électromagnétiques. Ces parasites perturbent les câbles cuivre et peuvent corrompre les données ou provoquer des erreurs de transmission.
La fibre optique transporte la lumière, qui n'est pas affectée par les champs électromagnétiques. Elle est donc immunisée à ces parasites. Aussi, la fibre est sûre car elle n'introduit pas de masse électrique entre les bâtiments (pas de risque de court-circuit ou foudre).
Si Sébastien doit transférer un fichier de 1 Go (1 gigaoctet = 8 × 10⁹ bits), calculer le temps de transfert :
a) Sur cuivre 1 Gbit/s.
b) Sur fibre 10 Gbit/s.
a) Cuivre 1 Gbit/s : t = 8 × 10⁹ / 10⁹ = 8 s.
b) Fibre 10 Gbit/s : t = 8 × 10⁹ / 10¹⁰ = 0,8 s.
La fibre est 10 fois plus rapide. Pour des transferts fréquents de gros fichiers DXF (parfois 500 Mo), c'est appréciable.
Sébastien hésite. Sur 200 m, le cuivre ne pose pas de problème de distance (limite 100 m → pas tout à fait : 200 m demande 1 répéteur).
Quelle solution choisir ? Détailler le raisonnement.
Critères en faveur de la fibre :
Critère pour le cuivre : coût moins cher (≈ 1 000 € de moins).
Décision recommandée : fibre optique. Le surcoût est largement compensé par la fiabilité et l'évolutivité sur 10-20 ans.
Sébastien rédige son rapport de décision. 5 lignes max.
Choix réseau atelier 200 m bureau↔CNC
• Solution retenue : fibre optique monomode 10 Gbit/s.
• Coût installation : ≈ 1 800 € (cuivre 800 € mais nécessiterait répéteur).
• Avantages décisifs : immunité aux parasites des moteurs/onduleurs, distance 40 km sans répéteur, débit évolutif.
• Temps de transfert d'un DXF de 500 Mo : ≈ 0,4 s contre 4 s en cuivre 1 Gbit/s.
• Investissement amorti sur la durée de vie de l'installation (≥ 20 ans) et permet la modernisation future de l'atelier.
Sur une fibre transcontinentale Paris-New York (≈ 6 000 km), calculer le temps de propagation. Comparer avec un satellite à 36 000 km de la Terre (geostationnaire).
Fibre Paris-NY : t = 6 × 10⁶ / (2 × 10⁸) = 30 ms (en réalité ≈ 70 ms à cause des routages).
Satellite (aller-retour) : 2 × 36 000 × 10³ / (3 × 10⁸) = 240 ms = 0,24 s (uniquement la propagation).
La fibre transatlantique est 8 fois plus rapide que le satellite ! C'est pourquoi les serveurs financiers utilisent des fibres dédiées (« lignes propres ») pour le trading haute fréquence où chaque milliseconde compte.
📚 Cette activité s'appuie sur §4 (Réflexion totale interne) et §5 (Signaux lumineux et fibres optiques) de la leçon Ch13.