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Thème 3: AGIR–Défis du XX ème siècle. Transmettre et stocker l’information p :

Thème 3: AGIR–Défis du XX ème siècle. Transmettre et stocker l’information p : 1 Ch.21. Transmission et stockage de l’information. Chapitre 21. TRANSMISSION ET STOCKAGE DE L’INFORMATION Notions et contenus Compétences exigibles Procédés physiques de transmission  Propagation libre et propagation guidée.  Transmission : - par câble ; - par fibre optique : notion de mode ; - transmission hertzienne.  Débit binaire.  Atténuations. - Exploiter des informations pour comparer les différents types de transmission. - Caractériser une transmission numérique par son débit binaire. - Évaluer l’affaiblissement d’un signal à l’aide du coefficient d’atténuation. - Mettre en œuvre un dispositif de transmission de données (câble, fibre optique). Stockage optique  Écriture et lecture des données sur un disque optique.  Capacités de stockage. - Expliquer le principe de la lecture par une approche interférentielle. - Relier la capacité de stockage et son évolution au phénomène de diffraction. Procédés physiques de transmission  Propagation libre et propagation guidée.  Transmission : - par câble ; - par fibre optique : notion de mode ; - transmission hertzienne.  Débit binaire.  Atténuations. - Exploiter des informations pour comparer les différents types de transmission. - Caractériser une transmission numérique par son débit binaire. - Évaluer l’affaiblissement d’un signal à l’aide du coefficient d’atténuation. - Mettre en œuvre un dispositif de transmission de données (câble, fibre optique). La transmission d'informations peut être libre, c'est-à-dire assurée par des ondes électromagnétiques émises dans toutes les directions de l'espace (Wi-Fi, radio, etc.), ou guidée dans des câbles électriques ou des fibres optiques. I. PROCEDES PHYSIQUES DE TRANSMISSION D'INFORMATIONS 1) Quelques systèmes de communication de notre quotidien Question : Classer les situations de communication du document 1 en fonction du support de trans- mission utilisé. Préciser les bandes de fréquences des signaux associés. Propagation libre (dans l’espace)  Système Bluetooth : 2,4 GHz  Communications en Wi-Fi : 2,4 GHz  Autoradio FM (87,5 MHz-108 MHz)  GPS (1,2 GHz-1,5 GHz)  Téléphone mobile (900 MHz- 1 800 MHz)  Télécommande infrarouge Les signaux sont des ondes électromagnétiques. Propagation guidée : câbles électriques  Téléphone fixe : signaux électriques transmis par câble (25 Hz-3 400 Hz)  Les signaux électriques transmis par ADSL ont des fréquences > 3 400 Hz.  Données échangées grâce aux lignes électriques de la maison : CPL (1,6 MHz -30 MHz) Les signaux sont des signaux électriques, pas des ondes électromagnétiques. Propagation guidée : Fibres optiques  Télévision numérique (1014 Hz) Les signaux sont des ondes électromagnétiques. Document Thème 3: AGIR–Défis du XX ème siècle. Transmettre et stocker l’information p : 2 Ch.21. Transmission et stockage de l’information. 2) Propagation libre et propagation guidée des informations. 2.1. La propagation libre  La propagation libre des informations est assurée par des ondes électromagnétiques émises et reçues par des antennes et se propageant dans toutes les directions de l’espace. On parle de transmission hertzienne. Ces ondes, appelées ondes hertziennes, peuvent être reçues par des récepteurs mobiles car elles ne nécessitent aucun fil de transmission. Cependant, elles sont soumises à de nombreuses perturbations par les champs électromagnétiques omniprésents dans l’environnement. A titre documentaire : Les possibilités d'utilisation des bandes de fréquences hertziennes arrivant à saturation, la France est passée en 2011 à la télévision numé- rique terrestre (TNT) qui utilise des bandes de fréquences plus étroites. De plus, depuis Avril 2016 toutes les chaînes TNT hertziennes vont être diffusées en TNT HD (norme MPEG-4) : 25 chaines nationales en HD au lieu de 18. La généralisation de cette norme permettra de libérer des plages de fréquences utilisées pour la TNT au profit du déploiement de l'internet mobile à très haut débit. 2.2. La propagation guidée des informations : Elle est assurée par des câbles électriques ou par des fibres optiques.  Transmission par câble électrique : il existe plusieurs types de câbles électriques dont les paires torsadées ou les câbles coaxiaux. Les câbles torsadés sont assez sensibles au bruit ; l’atténuation des signaux est importante et les débits numériques (nombres de bits par seconde) faibles. Les câbles coaxiaux ont, en général, de meilleures performances (moins de sensibilité aux champs magnétiques environnants) que les torsadés. En raison de l’atténuation assez importante, la transmission par câble est privilégiée pour de courtes distances.  Transmission par fibre optique  Une fibre optique est un cylindre en verre ou en matière plastique ayant un diamètre de l’ordre du dixième de millimètre. Une fibre optique est constituée de 3 éléments principaux : le cœur, la gaine et la protection. L’indice de réfraction du cœur est supérieur à celui de la gaine, de sorte qu’il y ait réflexion totale à l’interface cœur/gaine. Les signaux transmis sont des ondes électromagnétiques (radiations visibles ou infrarouges) sont ainsi piégées dans le cœur. En général, les fibres optiques sont généralement regroupées en câbles de 2, 6 ou 12 fibres. Les fibres optiques protègent le signal du bruit et des distorsions. Les fibres provoquent peu d’atténuation et autorisent d’importants débits numériques. Mais, la fibre optique est plus chère et plus difficile à installer qu’un câble.  Il existe 2 types de fibres optiques : les fibres optiques peuvent être multimodales ou monomodales. Dans les fibres multimodales (les premières mises sur le marché), le cœur est de diamètre supérieur à la longueur d’onde du signal transmis. Les signaux peuvent emprunter des trajets différents et donc les durées de parcours seront différentes. On distingue : - les fibres à saut d’indice : le signal subit de multiples réflexions : elles ne sont plus utilisées aujourd'hui car le signal en sortie est dégradé par rapport au signal d'entrée et il s'étale dans le temps. - les fibres à gradient d’indice : elles sont utilisées sur de courtes distances pour éviter un étalement du signal trop important. Dans les fibres monomodales, : Le signal ne se propage quasiment qu’en ligne droite (peu ou pas de réflexions). Le diamètre du cœur de la fibre est de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde du signal, ce qui entraine un seul mode de propagation possible. Les fibres monomodales sont souvent utilisées par les opérateurs de télécommunication pour de très longues distances (réseaux sous-marin). 3) Atténuation d’un signal dans un câble : L’amplitude d’un signal diminue lors de sa propagation, car une partie de son énergie est absorbée par le milieu dans lequel il se déplace. De plus, des perturbations électromagnétiques aléatoires appelés bruits, causées par exemple par les appareils électriques eux-mêmes, viennent se superposer aux signaux à transmettre. Le long du parcours, on dispose des amplificateurs qui évitent l’atténuation des signaux, mais qui amplifient aussi les perturbations. Coupe d’une fibre optique . Thème 3: AGIR–Défis du XX ème siècle. Transmettre et stocker l’information p : 3 Ch.21. Transmission et stockage de l’information. L’atténuation ou affaiblissement A d’un signal est définie par la relation : A = 10 log ( ) A s’exprime en décibel (dB). Pe étant respectivement la puissance du signal en entrée et et PS la puissance du signal en sortie.  L'atténuation A d'un signal se propageant dans un câble ou une fibre optique dépend notamment de la longueur L du câble ou de la fibre. Pour une propagation guidée dans un câble ou une fibre optique sur une longueur L, on définit le coefficient  d'atténuation linéique est défini par :  = = log ( ) Il s'exprime en dB.m-1. Ce coefficient d'atténuation  dépend du matériau et de la longueur d'onde  de la radiation utilisée. Le graphique ci-contre représente le coefficient d'atténuation linéique dans une fibre optique en fonction de la longueur d'onde de la radiation utilisée. Remarque : pour les télécommunications à longue distance par fibre optique, le signal est une radiation de longueur d'onde égale à 1,55 rn. Le coefficient  est alors proche de 2 x 10-4 dB.m-1. Dans le cas d’un câble coaxial, le coefficient  d'atténuation peut atteindre 0,2 dB.m-1. 1. Dans le domaine du spectre électromagnétique ci-contre (graphe), quelle radiation est transmise avec le moins d'atténuation? On observe le minimum d'atténuation pour :  = 1,6 m = abscisse du point de la courbe ayant l'ordonnée la plus petite. 2. Calculer alors pour cette radiation le rapport des puissances d'entrée et de sortie ( ) pour une fibre de 100 km de longueur. On lit le coefficient sur la courbe (attention à l'échelle logarithmique en ordonnée). Pour  = 1,6 m, le coefficient d'atténuation  vaut 0,2 dB.km-1. On a  = log ( ) Donc ( ) =  = = 100 La puissance du signal de sortie est 100 fois plus faible que celle du signal d'entrée. 3. Lequel des phénomènes suivants peut être à l'origine du pic observé pour  = 1,4 m ? La diffraction; la transmission ; l'absorption; la réfraction ; la réflexion. L'atténuation est particulièrement importante pour  = 1,4 m : puissance transmis plus faible. Une radiation ayant cette longueur d'onde n'est pas correctement transmise. Le phénomène qui peut provoquer une atténuation importante est l'absorption de la radiation par le uploads/Litterature/ tsp1sp4ch21t1-cours-transmission-stockage.pdf