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Chapitre 3 – Chaîne de transmission d'informations

Terminale Bac Pro (Grpt 4)  |  Physique – Signaux  |  Transmission de l'information

Objectifs du chapitre
Situation professionnelle

Clara, technicienne en imprimerie numérique, doit envoyer un fichier volumineux (une image haute résolution de 500 Mo) depuis son poste de travail vers l'imprimante grand format située dans un autre bâtiment de l'entreprise. Deux solutions s'offrent à elle : le Wi-Fi (ondes radio) ou le réseau fibre optique de l'entreprise.

Ses questions :

  1. Comment l'information numérique (les bits du fichier) est-elle transportée par une onde ?
  2. Quelles sont les étapes entre l'envoi et la réception du fichier ?
  3. Pourquoi la fibre optique est-elle plus rapide que le Wi-Fi pour ce transfert ?

Ces questions trouveront une réponse complète au fil de ce chapitre.

1. Schéma général d'une chaîne de transmission

Définition Une chaîne de transmission d'informations est l'ensemble des éléments qui permettent de transporter une information d'un point à un autre à l'aide d'une onde.
Information à transmettre Modulateur (émetteur) Canal de transmission émetteur → milieu → récepteur Démodulateur (récepteur) ✉ Schéma simplifié d'une chaîne de transmission

1.1 Les éléments de la chaîne

Définition
Exemple – Radio FM

2. Les différents types d'ondes pour transmettre

2.1 Ondes sonores

Définition Les ondes sonores sont des ondes mécaniques qui se propagent par vibration du milieu matériel (air, eau, solide). Elles ne se propagent pas dans le vide.

Vitesse dans l'air : environ 340 m/s. Les ondes sonores sont utilisées en communication vocale directe et dans certains systèmes (sonar, échographie).

2.2 Ondes lumineuses

Définition Les ondes lumineuses sont des ondes électromagnétiques visibles (longueurs d'onde entre 400 nm et 700 nm environ). Elles se propagent dans le vide et les milieux transparents à la vitesse de la lumière : \(c \approx 3 \times 10^8\) m/s.

En télécommunications, on utilise des ondes lumineuses (souvent infrarouges) guidées dans des fibres optiques.

2.3 Ondes électromagnétiques (radio, micro-ondes, infrarouges...)

Définition Les ondes électromagnétiques (EM) regroupent un large spectre d'ondes : ondes radio, micro-ondes, infrarouges, lumière visible, UV, rayons X, rayons gamma. Toutes se propagent dans le vide à la vitesse \(c\).
Relation fondamentale \[\lambda = \frac{c}{f}\]
Types d'ondes et exemples de transmission

3. La fibre optique et la réflexion totale

3.1 Qu'est-ce qu'une fibre optique ?

Définition Une fibre optique est un fil très fin (de l'ordre de 125 μm de diamètre) en verre ou en plastique, capable de guider la lumière sur de grandes distances. Elle est composée de :

3.2 Principe de la réflexion totale

Quand la lumière passe d'un milieu plus réfringent (indice élevé) vers un milieu moins réfringent (indice plus faible), elle est en partie réfractée et en partie réfléchie.

Propriété Si l'angle d'incidence dépasse un angle critique appelé angle limite de réflexion totale, toute la lumière est réfléchie à l'intérieur du milieu : c'est la réflexion totale. La lumière reste piégée dans le cœur de la fibre.
Angle limite de réflexion totale \[\sin(\theta_L) = \frac{n_2}{n_1}\] La réflexion totale se produit pour tout angle d'incidence \(\theta > \theta_L\).
Exemple Une fibre optique a un cœur d'indice \(n_1 = 1{,}48\) et une gaine d'indice \(n_2 = 1{,}46\).
\[\sin(\theta_L) = \frac{1{,}46}{1{,}48} = 0{,}9865 \implies \theta_L \approx 80{,}6°\] Pour tout angle d'incidence supérieur à 80,6° (par rapport à la normale), la lumière est totalement réfléchie et reste dans le cœur.

3.3 Avantages de la fibre optique

Pourquoi utiliser la fibre optique ?
Attention La fibre optique est fragile : elle ne doit pas être pliée en dessous d'un certain rayon de courbure minimal, sinon la réflexion totale n'est plus assurée et le signal est perdu.

4. Exemples concrets de chaînes de transmission

Exemple 1 – Internet par fibre optique
Exemple 2 – Communication Wi-Fi
Exemple 3 – Téléphone portable (4G/5G)

5. Applications professionnelles

Application – Imprimerie en réseau Dans une imprimerie numérique, les fichiers sont envoyés des postes de travail aux imprimantes via un réseau fibre optique interne. Le débit élevé permet de transférer des fichiers de plusieurs centaines de Mo en quelques secondes, sans perte de qualité.
Application – Contrôle à distance En industrie, des capteurs connectés envoient des mesures (température, pression, images) par ondes radio ou fibre optique vers un poste de supervision central. La chaîne de transmission permet un contrôle en temps réel sans déplacement.
À retenir – L'essentiel du chapitre

6. Vérifie ta compréhension

Question 1 – Cite les trois éléments principaux d'une chaîne de transmission d'informations.
  1. Le modulateur (inscrit l'information sur une onde porteuse)
  2. Le canal de transmission (émetteur + milieu de propagation + récepteur)
  3. Le démodulateur (extrait l'information du signal reçu)
Question 2 – Une fibre optique a un cœur d'indice \(n_1 = 1{,}50\) et une gaine d'indice \(n_2 = 1{,}47\). Calcule l'angle limite de réflexion totale.
\[\sin(\theta_L) = \frac{n_2}{n_1} = \frac{1{,}47}{1{,}50} = 0{,}98\] \[\theta_L = \arcsin(0{,}98) \approx 78{,}5°\]
Question 3 – Cite deux avantages de la fibre optique par rapport au câble en cuivre pour la transmission de données.
  1. Débit beaucoup plus élevé (dizaines de Gbit/s contre quelques Gbit/s pour le cuivre).
  2. Immunité aux perturbations électromagnétiques (la lumière n'est pas affectée par les champs EM, contrairement au signal électrique dans un câble cuivre).