la transformation chimique

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Dfis du XXI sicleChapitre 21: transmission et stockage de l'information

Animation

1. Codage RVB (M. Gastebois)2. principe de fonctionnement de la lecture optique d'un CD3. propagation de la lumire dans la fibre optique (universit de Nantes)Table des matiresI) transmission de l'information1) la chane de transmission de l'information2) exemple de chane de transmission3) propagation libre et guideII) qualit de la transmission1) attnuation d'un signal2) le dbit binaire DIII) les types de transmission1) transmission guide par fibre optique2) transmission guide par cble3) transmission libre hertzienneIV) stockage des donnes sur un disque optique1) structure d'un disque optique2) Principe du codage d'un CD3) capacit d'un CDProgramme officiel

I) transmission de l'information

1) la chane de transmission de l'information

La chaine de transmission de l'information correspond l'ensemble des lments permettant de transfrer des informations d'un point un autre. Cette chaine contient:

- un encodeur qui code l'information transmettre

- un canal de transmission compos d'un metteur qui envoie l'information code et d'un rcepteur qui reoit l'information

- un dcodeur qui dcode l'information.

2) exemple de chane de transmission

Prenons le cas du tlphone mobile (cellulaire)

- l'information transmettre est la voix

- l'encodeur transforme les ondes sonores en signal analogique (tension lectrique) par l'intermdiaire du microphone du tlphone. Le signal analogique est numris.

-le canal de transmission est compos de l'metteur (antenne du tlphone metteur) et du rcepteur (antenne du tlphone rcepteur). L'metteur transforme le signal numris en ondes lectromagntiques qui sont envoyes vers des antennes-relais. Les OEM sont ensuite envoyes vers l'antenne du tlphone rcepteur.

-le dcodeur transforme les OEM en signal numris puis analogique qui est convertit en onde sonore.

3) propagation libre et guide

La propagation du signal peut se faire de 2 manires:

1) propagation guide: les signaux utilisent une ligne de transmission entre l'metteur et le rcepteur.

Les cbles lectriques sont utiliss pour transmettre des informations. Ce type de ligne est utilis pour les courtes distances car l'amortissement du signal est important et les champs lectromagntiques dforment le signal transmis.

On utilise galement des fibres optiques. Les informations sont transmises sous forme d'OEM visibles ou proche du visible.

2) propagation libre: les OEM (ondes hertziennes) peuvent se dplacer dans toutes les directions (cas des OEM mises puis reues par une antenne). On les utilise, par exemple, dans la tlphonie mobile.II) qualit de la transmission

1) attnuation d'un signal

Toute transmission de signal s'accompagne d'une perte de puissance. L'attnuation A d'un signal se propageant dans un cble ou une fibre optique est gale :

Pe: puissance fournie par l'metteur en watt (W)

Ps: puissance reue par le rcepteur en watt (W)

A: attnuation en dcibel (dB)Le coefficient d'attnuation linique est gale au rapport de l'attnuation A sur la longueur du fil:

: coefficient d'attnuation linique en dcibel par mtre (dB.m-1)

A: attnuation en dcibel (dB)

L: longueur du fil (m)Exemple: fibre optique = 2x10-4 dB.m-1; cble coaxial utilis pour les antennes satellites = 0,2 dB.m-1.

Exercice: un canal de transmission a un coefficient dattnuation de 8,0 dB.km-1; la puissance mesure en entre est Pe = 100 mW; le rcepteur pour fonctionner impose que la puissance de sortie Ps = 3,8 . Quelle est la longueur L max maximale de la ligne permettant de transmettre linformation.Rponse:

A = 10.log(Ps/Pe)

2) le dbit binaire D

Le dbit binaire caractrise la vitesse de transmission d'un signal. Plus le dbit est important plus la transmission est rapide (important qu'on on tlcharge des films ou de la musique).

Un dbit binaire D est le nombre de bits N transfrs par la dure de la transmission, entre une source et son destinataire:

Units: D (bit.s-1), N(bit); (s)

Exemple: on tlcharge (lgalement) un CD contenant 640 Mo de donnes avec une transmission de dbit D = 4,0 Mo.s-1. Quelle est la dure mise pour tlcharger le CD? 1 Mo = 1x106 octets, 1 octet = 8 bits;

III) les types de transmission1) transmission guide par fibre optique

La fibre optique est compose de 3 parties:

- la protection en plastique

- la gaine

- le cur

Exemple de taille des 3 parties (article wikipdia)

Intrt:

- le rayonnement visible est peu attnu l'intrieur du cur de la fibre optique

- le rayonnement n'est pas altr par le rayonnement lectromagntique.Les rayonnements se rflchissent en se propageant l'intrieur de la fibre optique. Trs peu de rayons s'chappent de la fibre.L'indice de rfraction du cur est plus important que celui de la gaine.Clique sur l'animation propagation de la lumire dans la fibre optique (universit de Nantes). Quelles sont les 3 types de fibres?

2) les diffrents types de fibre optique

On distingue 3 types de fibre:

- les fibres multimodales saut d'indice, les rayons subissent des rflexions successives, leur trajet est suprieur la longueur de la fibre.

Des radiations mises simultanment peuvent avoir des dures de trajet diffrentes. Le signal de sortie est dgrad par rapport au signal d'entre. On n'utilise plus ce type de fibre aujourd'hui.

- les fibres multimodales gradient d'indice constant ou linaire

L'indice de rfraction varie continument entre le cur et l'extrieur. L'indice de rfraction n = c/v est de plus en plus faible au fur et mesure qu'on s'loigne de l'axe. La vitesse est donc plus grande qu'on on s'loigne de l'axe alors que la distance parcourue est plus lev. d2 > d1 et on dsire que t2 (dure mise par londe lumineuse la plus loigne de laxe du cur pour se propager dans la fibre) soit gale la dure t1 mise par londe lumineuse la plus proche de laxe du coeurv2 = d2/t2 donc t2 =d2/v2 et t1= d1/v1; t2 = t1 donc d2/v2 = d1/v1si d2 > d1 v2 doit tre suprieur d1; pour raliser cette condition lindice de rfraction n2 doit tre de plus grand que n1 car n2 = c/v2 < n1 = c/v1Par consquent ces 2 paramtres font que des rayons mis au mme instant arrivent peu prs au mme moment en sortie de la fibre.

-les fibres monomodales, (non reprsentes dans l'animation) transmettent un signal sur un seul mode, elles ne peuvent tre utilises qu'en ligne droite. Elles sont utilises sur des longues distances (rseaux sous marins)

type de fibreattnuation en dB.km-1 pour

dbit maximal

monomode0,210 Gbit.s-1

multimode saut d'indice450 Mbit.s-1

multimode gradient d'indice11 Gbit.s-1

2) transmission guide par cble

Un cble est constitu d'au moins 2 fils lectriques runis dans une enveloppe. La grandeur physique transporte est une tension ou un courant lectrique. Il existe 2 types de cble:

- le cble torsad utilis pour les liaisons Ethernet, tlphoniques ... Ils sont sensibles au bruit et l'attnuation 'A' y est importante et le dbit numrique est faible.

- le cble coaxial, utilis pour relier une antenne satellite ou hertzienne un tlviseur. Ils ne produisent pas de rayonnement lectromagntique et sont peu sensibles au bruit. Exemple: un cble coaxial a un coefficient d'attnuation de 0,17 dB.m-1 100 MHz; son dbit est de 10 Mbit.s-1, sa porte est de 100 m.3) transmission libre hertzienne

Les ondes hertziennes sont des ondes lectromagntiques dont les longueurs d'onde sont comprises entre 10-3 m et 104 m. On les classes en 2 catgories, les micro-ondes et les ondes radio.plage de longueur d'ondemicro-ondes

communication par satellites

radar

tlvision, tlphones portables Wifi

ondes radio radio FM

radio ondes courtes

radio ondes moyennes

radio grandes ondes

La transmission hertzienne est une transmission libre entre une antenne mettrice d'OEM et une antenne rceptrice.

Intrt: Les ondes hertziennes peuvent tre reues par des rcepteurs mobiles IV) stockage des donnes sur un disque optique1) structure d'un disque optique

Sur un disque optique (CD, DVD, BD) l'information numrique est stocke par une succession de creux et de plats disposs sur une piste. (Attention les creux sont obtenus par pressage du disque et correspondent des bosses sur la face lue du disque. On les appelle quand mme des creux!) La piste en spirale fait 5,7 km de long. La tte de lecture d'un disque optique est forme d'une diode laser et de surface rflchissante. 2) Principe du codage d'un CD

Animation: interfrence constructive ou destructive suivant la position du laser. Dterminer comment est code l'information sur un CD en cliquant sur l'image suivante.

Cas de l'interfrence destructive:

Cas de l'interfrence constructive:

Lorsque le faisceau laser arrive sur un plat (ou sur un creux) il se forme des interfrences constructives entre les faisceaux rflchis. Le systme optique attribue une tension basse donc un bit gal 0. Lorsque le faisceau laser chevauche la fois le creux et le plat, on observe des interfrences destructives, le systme optique attribue la valeur 1 au bit (donc une tension haute).

Pourquoi des interfrences destructives ou constructives?

Conclusion: le principe de lecture d'un disque optique est bas sur l'interfrence constructive (bit = 0) ou destructive (bit = 1) des faisceaux laser rflchis par la surface du disqueRemarque: lors de l'criture d'un disque optique vierge, une couche de colorant organique est brule par un faisceau laser. A la lecture les zones brules absorbent la lumire. Elles correspondent la valeur 0 du bit. Les zones non brules rflchissent la lumire. Elles correspondent la valeur 1 du bit.

3) capacit d'un CD

Pour augmenter la capacit de stockage d'un CD, il suffit d'allonger la piste. Il faut resserrer la spirale de la piste donc diminuer la largeur des creux et des plats. Le faisceau laser doit tre le plus fin possible pour ne pas intercepter deux lignes contiges de creux et de plats. Pour un spot circulaire, le diamtre d du faisceau laser de longueur d'onde et d'ouverture numrique NA est:

Plus la longueur d'onde est faible plus le diamtre du rayon laser est faible. Pour un DVD Blue-ray (BD) de capacit de stockage 23 Go il sera ncessaire d'avoir un diamtre d de faisceau plus faible que pour un CD de capacit de stockage de 700 Mo.

type de supportCDDVDBD

capacit de stockage700 Mo4,7 Go23 Go

longueur d'onde utilise

Conclusion: pour amliorer la capacit mmoire d'un support optique, il faut rallonger la piste donc augmenter sa longueur de la piste. On diminuera la longueur d'onde du laser utilis et on amliorera le systme optique utilis.Programme officiel

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Dfis du XXIme sicle

En quoi la science permet-elle de rpondre aux dfis rencontrs par lHomme dans sa volont de dveloppement tout en prservant la plante ? Transmettre et stocker de linformationNotions et contenus Comptences exigibles

Procds physiques de transmission Propagation libre et propagation guide.

Transmission :

- par cble ;

- par fibre optique : notion de mode ;

- transmission hertzienne.

Dbit binaire.

Attnuations. Exploiter des informations pour comparer les diffrents types de transmission.

Caractriser une transmission numrique par son dbit binaire.

valuer laffaiblissement dun signal laide du coefficient dattnuation.

Mettre en uvre un dispositif de transmission de donnes (cble, fibre optique).

Stockage optique criture et lecture des donnes sur un disque optique. Capacits de stockage. Expliquer le principe de la lecture par une approche interfrentielle.

Relier la capacit de stockage et son volution au phnomne de diffraction.

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