C J Mme CF A M AF MM A

LLAA LLUUMMIIEERREE

Lyceacutee Emilie de Rodat ndash Toulouse Session 2004-2005

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SOMMAIRE

Introduction page 2

I LA LUMIERE page 3

a) Les proprieacuteteacutes de la lumiegravere

b) Le modegravele ondulatoire

c) Le modegravele corpusculaire

II LA TRANSMISSION page 8

a) La transmission

b) La fibre optique

c) Lrsquoinfrarouge

d) Lrsquoœil

III LE STOCKAGE DE LrsquoINFORMATION page 12PAR LA LUMIERE

a) Drsquoun systegraveme optique agrave un systegraveme eacutelectrique

b) Drsquoun systegraveme eacutelectrique aux donneacutees informatiques

c) Ecriture drsquoun disque

Conclusion page 14

Lexique page 1516

Bibliographie page 17

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Introduction

Chaque jour nous travaillons sur ordinateur utilisons le teacuteleacutephone jouons agrave des jeux

videacuteos etchellip Ce que nous savons peut-ecirctre moins en faisant toutes ces choses crsquoest que la

lumiegravere joue un rocircle capital En effet cette derniegravere est utiliseacute comme support afin de

transmettre des donneacutees et de les stocker Concernant la transmission de lrsquoinformation on

peut notamment citer lrsquoexemple le plus connu la fibre optique On la retrouve donc dans les

teacuteleacutecommunications dans les automobiles dans la meacutedecine et drsquoautres domaines encore

Enfin on utilise le stockage de lrsquoinformation gracircce agrave la lumiegravere avec des Compact Disc (CD)

ou DVD Tout ceci nous amegravene agrave nous pencher sur une probleacutematique des plus

inteacuteressantes

De quelle maniegravere la lumiegravere peut-elle serviragrave transmettre et agrave stocker lrsquoinformation

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I QUrsquoEST CE QUE LA LUMIERE

a) Les proprieacuteteacutes de la lumiegravere

La lumiegravere fait partie de la vie de tous les jours il est donc important de srsquointerrogersur la maniegravere dont elle se deacuteplace Il existe deux modegraveles qui peuvent tout deux modeacuteliserce deacuteplacement Dune part elle preacutesente un aspect ondulatoire qui permet dinterpreacutetercertaines expeacuteriences comme la diffraction de la lumiegravere par des obstacles ou desouvertures dautre part elle preacutesente un aspect corpusculaire qui permet dinterpreacuteterdautres expeacuteriences comme leffet photoeacutelectrique Pour lrsquoinstant inteacuteressons-nous auxfabuleuses proprieacuteteacutes de la lumiegravere

- Tout drsquoabord sa ceacuteleacuteriteacute dans le vide est une constante universelle On la note c =300 x108 ms-1 Cependant mecircme si la diffeacuterence est infime on peut srsquoapercevoir que lavitesse de propagation de lumiegravere dans des milieux transparents est infeacuterieure agrave sa vitessede propagation dans le vide mais par convention on consideacuterera cette vitesse eacutegale dans lesdeux milieux

- Ensuite sa longueur drsquoonde et la freacutequence de sa radiation lumineuse

Drsquoabord une radiation lumineuse est caracteacuteriseacutee par

Sa freacutequence v exprimeacutee en Hertz (Hz) ou sa peacuteriode T en seconde (s) Sa longueur drsquoonde dans le vide euml0

Remarque la freacutequence drsquoune radiation lumineuse ne deacutepend pas du milieu depropagation tandis que la longueur drsquoonde deacutepend du milieu de propagation

De maniegravere geacuteneacuterale on caracteacuterise une radiation lumineuse par sa longueur drsquoondedans le vide La longueur drsquoonde dans le vide drsquoune radiation lumineuse est donneacutee par larelation

euml0= cT =vc

Le scheacutema ci-dessous preacutesente lrsquoeacutechelle des longueurs drsquoondes lumineuses

Avec 0λ longueur drsquoonde dans le vide en mC vitesse de la lumiegravere dans le vide (en ms-1)T peacuteriode de la radiation (en s)V freacutequence de la radiation lumineuse (en Hz)

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Par ailleurs la longueur drsquoonde deacutepend du milieu de propagation Ce milieu depropagation est propre agrave chaque milieu transparent On le deacutefini par lrsquoindice n Crsquoest unnombre sans dimension deacutefini pour une lumiegravere monochromatique de freacutequence donneacutee parle rapport entre la ceacuteleacuteriteacute c de la radiation dans le vide et sa ceacuteleacuteriteacute v dans le milieuconsideacutereacute deacutefini par la relation

n =vc

Par exemple lrsquoindice de lrsquoair est voisin de 1 et celui de lrsquoeau de 133Lorsque le rayon lumineux passe drsquoun milieu n1 agrave un milieu n2 il peut subir une

diffraction ouet une reacuteflexion cela deacutepend de la densiteacute de chaque milieu Lrsquoeacutetude de ladiffraction de la lumiegravere est rendue possible gracircce aux lois de Descartes connue pour saformule

n1sini = n2sinr avec i rayon incidentr rayon reacutefracteacuten1 indice du milieu 1n2 indice du milieu 2

Les lumiegraveres monochromatiques et polychromatiques

Une lumiegravere monochromatique est une radiation de freacutequence deacutefinie fixeacutee par lasource La lumiegravere drsquoun laser est une lumiegravere dite monochromatique Elle a une longueurdrsquoonde dans le vide avoisinant nm86320 asympλ

Une lumiegravere polychromatique est constitueacutee de radiations de freacutequences diffeacuterentesLa lumiegravere blanche est constitueacutee drsquoune infiniteacute de variations La lumiegravere eacutemise par unelampe agrave vapeur de mercure est aussi une lumiegravere polychromatique (constitueacutee de radiationsrouges jaunes vertes bleues et violettes Le spectre de la lumiegravere provenant de la lampe agravevapeurs de mercure est exposeacute ci-dessous

Rappel Un spectre eacutemis par la lumiegravere qui est la conseacutequence de lrsquoexcitation drsquoatomes demercure gracircce agrave des deacutecharges eacutelectriques Ainsi le gaz agrave faible pression et agrave tempeacuteratureeacuteleveacutee eacutemet une lumiegravere constitueacutee drsquoun nombre limiteacute de radiations crsquoest un spectre deraies

Avec n indice du milieuC vitesse de la lumiegravere dans le vide en ms-1

V vitesse de la lumiegravere dans le milieu en ms-1

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b) Le modegravele ondulatoire

Le premier homme agrave exposer cette theacuteorie fut le grand physicien neacuteerlandaisHuygens En effet vers 1690 Huygens publia une theacuteorie de la lumiegravere en partant de lrsquoideacuteeque la propagation de celle-ci pouvait ecirctre assimileacutee agrave celle des ondes agrave la surface de lrsquoeau

Il proposa qursquoun faisceau de lumiegravere agrave bords parallegraveles et rectilignes corresponde agraveune propagation drsquoondes suivant une direction donneacutee les rayons lumineux sont alors deslignes fictives perpendiculaires aux fronts drsquoonde et deacutefinissant la direction de propagationde lrsquoonde

Ce modegravele est donc utiliseacute car il permet de rendre compte de nombreusesexpeacuteriences et de les expliquer notamment les pheacutenomegravenes de diffraction et de reacuteflexionInteacuteressons-nous deacutesormais agrave la lumiegravere en tant qursquoonde eacutelectromagneacutetique

La lumiegravere est une onde eacutelectromagneacutetique Pour bien comprendre ce conceptdrsquoeacutelectromagneacutetisme il est neacutecessaire de rappeler briegravevement certaines conceptions

Tout drsquoabord nous vivons en permanence dans un champ eacutelectromagneacutetique lui-mecircme creacutee par la preacutesence de particules chargeacutees (toute particule chargeacutee creacutee un champeacutelectrique) et par le deacuteplacement de ces particules (le courant eacutelectrique creacutee un champmagneacutetique comme par exemple celui de la Terre) Pour simplifier on peut comparer unchamp eacutelectromagneacutetique agrave une eacutetendue drsquoeau En effet si lon jette un caillou agrave la surfacede lrsquoeau on peut observer des vagues Ces vagues sont des perturbations qui se propagentcest-agrave-dire des ondes

La lumiegravere est une perturbation du champ eacutelectromagneacutetique qui se deacuteplace Crsquoest cequi lui donne la proprieacuteteacute de pouvoir se deacuteplacer dans le vide (dans le vide il existe aussi unchamp eacutelectromagneacutetique) La lumiegravere perturbation du champ eacutelectromagneacutetique sedeacuteplace agrave la vitesse c = 300 x108 ms-1 dans lrsquoair et le vide

Enfin la lumiegravere nrsquoest pas le seul reacutesultat de la perturbation drsquoun champeacutelectromagneacutetique Il en existe plein drsquoautres pas forceacutement visible par lrsquoœil humain lesrayons X les ondes radio les rayons Gamma

Les fentes de Young

Les fentes de Young sont lobjet duneexpeacuterience reacutealiseacutee en 1802 par ThomasYoung qui vise agrave deacutemontrer le caractegravereondulatoire de la lumiegravere Lors de cetteexpeacuterience la lumiegravere doit en traversantdeux fentes parallegraveles de mecircme dimensionsproduire un ensemble de franges

On utilise donc une source de lumiegraveremonochromatique (un laser) et on pose agrave lasortie de cette source une plaque bloquantle passage de la lumiegravere composeacutee de deuxfentes parallegraveles verticales et de mecircmesdimensions

On observe alors sur lrsquoeacutecran unefigure complexe une figure de diffractionscomposeacutees en intermittence de zonessombres et de zones lumineuses ougraveparvient la lumiegravere du laser provenant desdeux fentes

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Ci-dessous un exemple de deux rayons parvenant au mecircme endroit

Pour arriver au point x de lrsquoeacutecran les deuxrayons parcourent une distance qui diffegravere de

auml = [Dsup2 + (x+ d2)sup2] - [Dsup2 + (x d2)sup2 xdr dsinegrave

La figure de diffraction est due au fait quecertaines ondes srsquoannihilent et creacuteeacutees ainsi deszones noires qui se traduisent par lesinterfeacuterences visibles dans la figure de diffraction

On peut donc parler drsquoun comportementondulatoire de la lumiegravere

c) Le modegravele corpusculaire

Au deacutebut des recherches sur la nature de la lumiegravere (aussi bien au XVIIe siegravecle quedans lrsquoantiquiteacute) le modegravele corpusculaire put ecirctre consideacutereacute comme bon en fonction desreacutesultats expeacuterimentaux de lrsquoeacutepoque

On imaginait des corpuscules analogues aux corps mateacuteriels que nous connaissonsmais eacutevidemment beaucoup plus petits pour Isaac NEWTON (1704) notamment un rayonlumineux serait alors simplement la trajectoire des grains de lumiegravere qui passent agrave tregravesgrande vitesse par un point donneacute suivant une direction donneacutee ces grains de lumiegravere sontappeleacutes photons

De plus ce modegravele peut aussi expliquer les pheacutenomegravenes de reacuteflexion et de reacutefractionde la lumiegravere En effet la reacuteflexion de la lumiegravere peut srsquoexpliquer par le rebondissement debilles eacutelastiques sur une surface rigide comme lrsquoa sciemment deacutemontreacute Descartes

Il tenta drsquoexpliquer aussi la reacutefraction par analogie avec ce qui se passe quand une balleest lanceacutee avec une raquette contre une toile (ou une feuille de papier) tellement fine quela balle peut passer agrave travers en rompant cet obstacle Le meacuterite de Descartes est drsquoavoirmontreacute que la reacutefraction est un pheacutenomegravene lieacute agrave un changement de vitesse de propagationde la lumiegravere Neacuteanmoins quand ces corpuscules sont ralentis en peacuteneacutetrant dans le secondmilieu ils devraient srsquoeacutecarter de la normale Mais puisque la lumiegravere se rapproche de lanormale en passant de lrsquoair dans le verre il fallait en conclure que drsquoapregraves ce modegravele lavitesse de la lumiegravere est plus grande dans le verre que dans lrsquoair ou encore que la vitesse dela lumiegravere est supeacuterieure dans les milieux plus reacutefringents comme si ces particules eacutetaientattireacutees par celles du milieu

Une autre difficulteacute rencontreacutee par ce modegravele est lrsquoobservation suivant laquelle deuxrayons lumineux peuvent srsquoentrecroiser sans avoir drsquoeffet lrsquoun sur lrsquoautre cette proprieacuteteacute nesrsquoexplique pas facilement au moyen du modegravele corpusculaire puisqursquoil faudrait admettre queles laquo particules de lumiegravere raquo devraient se rencontrer sans subir la moindre collision mecircmequand il y en a beaucoup crsquoest agrave dire quand la lumiegravere est intense

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Expeacuterience drsquoHertz

Lrsquoexpeacuterience a eacuteteacute reacutealiseacuteedans le but de comprendre lrsquoaspectcorpusculaire de la lumiegravere (lesphotons) mais a eacutechoueacute pour desraisons que nous ignorons Lesobservations faites ne sont donc pasconformes agrave lrsquoexpeacuterience

Nous aurions du en theacuteorieobserver avec une source de lumiegravere(lampe agrave mercure agrave lrsquoeacutetat gazeux)

- lorsque la plaque de zinc et lrsquoeacutelectroscope sont chargeacutes neacutegativement lrsquoaiguillede lrsquoeacutelectroscope est deacutevieacute a un angle drsquoenviron 25deg puis on eacuteclaire la plaque de zinc etlrsquoeacutelectroscope se deacutecharge (lrsquoaiguille retourne a son eacutetat premier)

On peut alors dire que la lumiegravere semble provoquer le deacutechargement des eacutelectronsde lrsquoaiguille

- lorsque lrsquoeacutelectroscope et la plaque de zinc sont chargeacutes neacutegativement et qursquooninterpose une plaque de verre entre la source de lumiegravere et la plaque de zinc lrsquoaiguille delrsquoeacutelectroscope ne bouge pas On enlegraveve alors la plaque de verre et on observe quelrsquoeacutelectroscope se deacutecharge

On peut maintenant affirmer que crsquoest la lumiegravere qui provoque le deacutechargement delrsquoeacutelectroscope (chargeacute neacutegativement)

- lorsque lrsquoeacutelectroscope et la plaque de zinc sont chargeacutes positivement onnrsquoobserve aucun changement que la plaque de zinc soit eacuteclaireacutee ou non

On peut alors dire que cet effet de la lumiegravere nrsquoa drsquoeffet que lorsque la laquo cible raquo estchargeacutee neacutegativement

On peut conclure cette expeacuterience en disant que la lumiegravere permet drsquoextraire lescharges neacutegatives (les eacutelectrons) du meacutetal On parle drsquoeffet photoeacutelectrique de la lumiegravereTous les comportements de la lumiegravere ne sont donc pas explicables par lrsquoun ou lrsquoautremodegravele ondulatoire ou corpusculaire il nrsquoy a pas de modegravele unique La lumiegravere se comportetantocirct comme une onde tantocirct comme des particules

Le modegravele ondulatoire permet de preacutevoir si beaucoup ou peu de lumiegravere arrive agrave un endroitdonneacute il est efficace pour comprendre la propagation de la lumiegravere dans lrsquoespace De plusle modegravele corpusculaire est efficace pour expliquer les eacutechanges drsquoeacutenergie entre matiegravere etlumiegravere on dit qursquoelle a un comportement quantique

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II LA TRANSMISSION DES DONNEES PAR LA LUMIERE

a) La transmission

Pour que la transmission de donneacutees puisse seacutetablir il doit exister une lignephysique un signal radio eacutelectrique ou lumineux appeleacutee aussi voie de transmission oucanal entre les deux machines Ces voies de transmission sont constitueacutees de plusieurstronccedilons permettant de faire circuler les donneacutees sous forme dondes eacutelectromagneacutetiqueseacutelectriques lumineuses ou mecircme acoustiques On a donc un pheacutenomegravene vibratoire qui sepropage sur le support physique Il en reacutesulte un signal ondulatoire deacutependant de la grandeurphysique que lon fait varier dans le cas de la lumiegravere il sagit dune onde lumineuse

Les ondes sont caracteacuteriseacuteespar leur freacutequence leur amplitude etleur phase

Le principe de la transmission

Pour une transmissiondonneacutee sur une voie decommunication entre deux machinesla communication peut seffectuer dediffeacuterentes maniegraveres Latransmission est caracteacuteriseacutee par

bull le sens des eacutechangesbull le mode de transmission il sagit du nombre de bits envoyeacutes simultaneacutementbull la synchronisation il sagit de la synchronisation entre eacutemetteur et reacutecepteur

Nous utiliserons plusieurs exemples qui permettent de transmettre la lumiegravere

b) La fibre optique

Trois eacuteleacutements essentiels

bull Emetteur diode laserbull Support de transmission fibre optiquebull Reacutecepteur photo-deacutetecteur

De faccedilon tregraves scheacutematique le laser convertit un signal eacutelectrique issu dun appareil decommunication (teacuteleacutephone ordinateur) en un signal optique Ce signal optique estachemineacute par la fibre jusquau deacutetecteur qui fait lopeacuteration inverse du laser cest agrave dire quilconvertit un signal optique en un signal eacutelectrique

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Le laser et le photo-deacutetecteur sont tout deux muni drsquoun circuit imprimeacute (ou puce) quisert agrave transformer les eacutelectrons en photon ou les photons en eacutelectron Nous utilisons le lasercomme source de lumiegravere car leacutenergie de son faisceau est beaucoup plus eacuteleveacutee que cellede nimporte quelle source classique car le laser eacutemet une lumiegravere monochromatique Unelampe peut ecirctre aussi lumineuse quun laser mais contrairement au laser elle eacutemet sur toutesles longueurs dondes

Les fibres optiques ont dabord eacuteteacute utiliseacutees pour faire de

limagerie essentiellement dans le domaine meacutedical

(endoscopie) Lideacutee dutiliser des fibres optiques pour

transmettre de linformation est apparue au deacutebut des anneacutees

60 avec lapparition du laser Neacuteanmoins un effort

consideacuterable devrait ecirctre fait pour reacuteduire les pertes des fibres

qui ne permettaient quune propagation dun signal sur une

distance tregraves reacuteduite typiquement quelques megravetres

Composition dune fibre

- Un noyau (ou cœur) qui veacutehicule lalumiegravere- Une gaine optique qui confine lalumiegravere dans le noyau- Une couche de substrat (parfois) quiaugmente la reacutesistance meacutecanique- Un revecirctement primaire premiegraverecouche de protection meacutecanique

- Un revecirctement secondaire couche exteacuterieure de protection meacutecanique

Photo dune fibre optiquestandard

Teacuteleacutephone(Blablabla)

LASERPHOTO-

DETECTEUR

Teacuteleacutephone(Blablabla)

Signaleacutelectrique

Fibreoptique

Impulsionslumineuses Signal

eacutelectrique

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Les fibres sont identifieacutees par le diamegravetre de leur noyau et le diamegravetre de leur gaine optiquevaleurs donneacutees en micromegravetres (microm) Les fibres optiques sont constitueacutees de deux milieuxdindices optiques diffeacuterents

- Dun coeur (noyau) dindice optique n1- Dune gaine dindice optique n2

Tel que n1 gt n2

De ce fait les rayons lumineux peuvent ecirctre reacutefleacutechis en passant drsquoune gaine agrave lrsquoautre

Pour quun rayon soit guideacute ilfaut que celui-ci soit reacutefleacutechi agravelinterface coeurgaine de la fibre cequi impose une condition sur langledincidence du rayon sur la facedentreacutee de la fibre

c) Lrsquoinfrarouge

La transmission de donneacutees par infrarouge est une technologie reacutecente Uneteacuteleacutecommande est lexemple le plus simple de communication infrarouge

Les infrarouges ne sont pas affecteacutes par les perturbations eacutelectromagneacutetiques Unverrouillage de la freacutequence et un filtrage de la lumiegravere du jour augmentent la fiabiliteacute dusystegraveme

La transmission doit se faire en ligne droite (sans obstacle) mais la dispersion dusignal infrarouge autorise une toleacuterance importante dans lalignement La transmission parinfrarouge permet drsquoutiliser la lumiegravere pour transmettre des donneacutees La transmission parinfrarouge offre une seacutecuriteacute bien plus grande que les autres techniques de transmission Enrevanche le deacutebit est bien plus reacuteduit Il srsquoeacutetend de 1 agrave 2 meacutega octets par seconde (Mos)Unsystegraveme infrarouge comprend trois eacuteleacutements leacutemetteur le diffuseur (parfois ces deuxeacuteleacutements sont combineacutes) et le reacutecepteur

Leacutemetteur achemine le signal audio au diffuseur qui effectue sa conversion enrayonnement infrarouge Le reacutecepteur deacutecode le signal infrarouge et restaure le signal audiooriginal qui peut ecirctre eacutecouteacute sur un casque ou des eacutecouteurs steacutethoscopiques Latransmission infrarouge implique que le reacutecepteur reste agrave porteacutee optique de leacutemetteur Latechnique infrarouge permet eacutegalement la confidentialiteacute des transmissions

Il est possible gracircce agrave la technologie infrarougedobtenir des deacutebits allant de 1 agrave 2 Mos en utilisant unemodulation appeleacute PPM (pulse position modulation)

Gaine optique

Cœur

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La modulation PPM consiste agrave transmettre des impulsions agrave

amplitude constante et agrave coder linformation suivant la position de

limpulsion Le deacutebit de 1 Mos est obtenu avec une modulation de

16-PPM tandis que le deacutebit de 2 Mos est obtenu avec une

modulation 4-PPM permettant de coder deux bits de donneacutees avec

4 positions possibles (ci-contre)

d) Lrsquoœil

Loeil par exemple est un deacutetecteur qui convertit une image en un signal nerveux

achemineacute par le nerf optique Un deacutetecteur optique (ou photodeacutetecteur) convertit un signal

optique en un signal eacutelectrique

Conclusion

LInternet de lavenir aura de plus en plus recours aux fibres optiques - des fils de

verre ou de plastique aussi minces voire de diamegravetre plus petit quun cheveu humain qui

transmettent linformation au moyen de photons des eacuteleacutements entrant dans la composition

de la lumiegravere La transparence de la fibre et la couche de verre tregraves reacutefleacutechissante qui

entoure la fibre permettent agrave la lumiegravere de poursuivre sa route avec pratiquement aucune

perte de signal En conseacutequence la technologie de la fibre optique permet agrave dimportantes

quantiteacutes de donneacutees de franchir en toute fiabiliteacute de grandes distances agrave des vitesses tregraves

eacuteleveacutees

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III Le Stockage de lrsquoinformation par la lumiegravere

Un exemple simple le Compact Disk (CD) et le Digital Versatile Disk (DVD)

La lumiegravere bien pratique agrave toutesnos utilisations est rentreacutee peu agrave peudans lrsquoeacutelectronique et plus preacuteciseacutementdans lrsquoeacutelectro-informatique

Nous eacutetudierons ici la lumiegravere entant que porteuse de donneacutees et nousassimilerons la surface optique du CD agraveune surface composeacutee drsquoun tregraves grandnombre de miroirs nanoscopique (dontnous deacutefinirons la taille plus tard) Ce quinous inteacuteresse ici crsquoest de parler dumodegravele ondulatoire de la lumiegravere car crsquoestbien sur ce modegravele qui explique les lois deDescartes qui est utiliseacutees dans leprocessus de lecture du disque

a) Drsquoun systegraveme optique agrave un systegraveme eacutelectrique

On consideacuterera que le CDDVD estcomposeacute drsquoune multitude de creux et debosses le tout recouvert drsquoune couchedrsquoaluminium tregraves fine qui servira dereacuteflecteur

Les creux seront appeleacutes par la suitelaquo microcuvettes raquo et les bosses la surfacelaquo normale raquo du CD

Sur le scheacutema ci-contre une diode lasereacutemet un rayon qui traverse une lame semi-reacutefleacutechissante Ce rayon va laquo frapper la surface du disque Ici on a deux possibiliteacutes

- Drsquoune part le laser rencontre une bosse au quel cas le rayon est reacutefleacutechinaturellement au quel cas il retourne sur la lame semi-reacutefleacutechissante pour aller laquo taper raquo unphotoreacutecepteur La tension marqueacutee est dite forte car elle est supeacuterieur nettement agrave 0

- Drsquoautre part le laser rencontre une microcuvette au quel cas le rayon estcomplegravetement reacutefleacutechi mais dans tous les sens possibles de ce fait le rayon restant pouraller laquo taper raquo le photoreacutecepteur est trop faible la tension marqueacutee est sensiblement nulle

Crsquoest gracircce aux lois de Descartes si le rayon arrive jusqursquoau photoreacutecepteur En effetsi on ne connaissait pas la trajectoire du rayon apregraves avoir tapeacute la surface du disque riennrsquoaurait eacuteteacute placeacute pour reacutecupeacuterer lrsquointeacutegraliteacute du rayon

Pour un DVD les lois srsquoapplique de la mecircme maniegravere bien qursquoil y ait 2 couches delecture La seconde couche fonctionne pareil que celle du CD classique alors que lapremiegravere couche est semi-reacuteflechissante Selon la position de la lentille le faisceau nerevient pas avec exactement la mecircme puissance de ce fait les tensions varient Comme onconnaicirct les tensions recueillies par la reacuteflexion de la seconde couche celle de la premiegraveresont retrouveacutees tregraves aiseacutement

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b) Drsquoun systegraveme eacutelectrique aux donneacutees informatiques

Sur le scheacutema preacuteceacutedent la tension donneacutee dans le circuit eacutetait convertit sous formede donneacutees analogiques qui eacutetaient travailleacutees par un systegraveme de Haut-Parleur Eninformatique le proceacutedeacute drsquoanalogisme est utiliseacute qursquoen dernier recours car il contientbeaucoup trop drsquoerreur De ce fait les donneacutees restent sous leur forme numeacuterique

Comment ccedila marche A dire vrai le numeacuterique est un codage de donneacutees sous forme dechiffres binaires (0 et 1) On lrsquoa vu preacuteceacutedemment le signal lumineux eacutetait converti en tensioneacutelectrique Cette tension si elle est nulle correspondra agrave unlaquo 0 raquo et si elle est nettement supeacuterieure agrave 0 elle correspondra agravelaquo 1 raquo Attention le circuit eacutelectrique ne transmet pas de 0 ou de1 ce nrsquoest qursquoun codage logique pour faire correspondre lavision de lrsquohomme agrave lrsquoeacutemission drsquoimpulsions eacutelectriques En effetune impulsion correspond agrave une mise sous tension donc agravelaquo 1 raquo pas drsquoimpulsion eacutequivaut agrave tension nulle donc agrave laquo 0 raquo

c) Ecriture du disque

Un disque ne se fabrique pas par magie on le laquo grave raquoLe fait de graver est le mecircme que sur la roche on module unede couche de matiegravere pour y laisser des inscriptions Latechnique a certainement eacutevolueacute pour le CD depuis sonapparution mais le principe reste le mecircme

Un disque commercial (deacutejagrave graveacute) est fait avec la mecircmemeacutethode un laser a moduleacute une couche photosensible selon lecode drsquoeacutecriture binaire La couche a alors pris lrsquoallure de laquo creuxet de bosses raquo On a alors recouvert le tout drsquoune couchemeacutetallique qui a prit lrsquoempreinte de la couche preacuteceacutedente Cettecouche sert alors de laquo moule raquo pour le support en PCV dudisque Le support est agrave son tour mouleacute puis recouvert drsquoun filmdrsquoaluminium qui servira pour la reacuteflexion de la lumiegravere (cf voirscheacutema ci-contre) Pour DVD la technique est la mecircme agrave partque la premiegravere couche est toujours semi-reacutefleacutechissante

De nos jours le systegraveme a un peu eacutevolueacute mecircme si les CD commerciaux sont toujoursgraveacutes de la mecircme maniegravere (mecircme si apregraves correction de deacutefaut la platine drsquoaluminium aeacuteteacute emprisonneacutee dans le PVC) Lrsquoeacutevolution se remarque du fait que lrsquoon peut graver nousmecircme nos propres CD (-R ou -RW) et mecircme nos DVD (plusmnR plusmnRW ou RAM) le tout gracircce agrave unpetit appareil le graveur Il ne reacutepond plus au mecircme systegraveme que preacuteceacutedemment mais ilfait tout de mecircme un aussi bon travail que son aicircneacute

En conclusion la lumiegravere pour un CD ou DVD nrsquoa qursquoun rocircle tregraves mineur elle sert agravereacuteveacuteler une empreinte poseacutee sur une laquo suite de miroir raquo placeacutes agrave deux niveaux diffeacuterentsComme lrsquoutilisation de la lumiegravere est plutocirct simpliste il convient mieux drsquoappliquer les lois deDescartes et dont le modegravele ondulatoire plutocirct que drsquoappliquer un modegravele complexe qursquoest lecorpusculaire

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Conclusion

Durant toute cette eacutetude on a vu de plusieurs modegraveles de la lumiegravere ceux-ci nousaidant agrave mieux comprendre son utilisation pour la technologie moderne de transfert et destockage de lrsquoinformation

La lumiegravere elle-mecircme nrsquoa qursquoun faible rocircle on lrsquoa vu par lrsquointermeacutediaire du CD Sonrocircle est de reacuteveacuteleacute une empreinte sur une surface reacutefleacutechissante moduleacutee le tout seratranscris de sorte qursquoon puisse srsquoen resservir sous une autre forme Si la surface nrsquoest pasmoduleacutee crsquoest que crsquoest le rayon lui-mecircme qui est moduleacute sous forme drsquoimpulsion tel quenous lrsquoavons vue dans le cas de la fibre optique

Les deux modegraveles eacutetablis de la lumiegravere ont eacuteteacute veacuterifieacutes comme eacutetant valable selon lesutilisations qursquoon a de la lumiegravere auquel cas on observera deux situations diffeacuterentes

- Drsquoune part le modegravele corpusculaire qui permet drsquoexpliquer beaucoup de chose surla lumiegravere notamment son deacuteplacement chaotique dans la fibre optique

- Drsquoautre part le model ondulatoire qui lui plus simple que le preacuteceacutedent permet desrsquointeacuteresser agrave un cas bien particulier de la lumiegravere lorsque celle-ci est assimileacute agraveun rayon circulant en ligne droite

Par conseacutequent on peut dire que la lumiegravere ne stocke pas la lumiegravere mais ne sertqursquoagrave la faire transmettre drsquoun support agrave un autre tels que du CD vers lrsquoinformatique ou drsquouneacutemetteur agrave un reacutecepteur en passant par la fibre optiqueLa lumiegravere est donc un eacuteleacutement indispensable au bon deacuteveloppement de la civilisationhumaine tant au niveau des conditions de vie que du deacuteveloppement technologique

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LEXIQUE

Tous les termes importants employeacutes dans le dossier sont reacutepertorieacutes ici avec leur deacutefinition

Analogique se dit drsquoun signal qui geacuteneacuteralement et contrairement au numeacuterique estextrecircmement complexe mais pour un mecircme flux de donneacutees brutes on observe que latotaliteacute des informations est deacutejagrave passeacute alors que en numeacuterique ccedila demande beaucoup plusde flux

CD et DVD (Compact Disk et Digital Versatile Disk) sont les sigles qui deacutesignent le DisqueLaser et le Disque Digitale agrave Multifonction Ces disques ont remplaceacutes le vieux disquemagneacutetique Vinyle la bande cassette magneacutetique sonore ou videacuteo De nos jours ce sontdes produits de haute consommation tout ce qursquoil y a de plus classique Toutefois ils sontameneacutes agrave disparaicirctre remplaceacutes par leur successeur le HQ-DVD (High Quality DVD) ouBlue Ray Disk celui-ci eacutetant baseacute sur le principe drsquoun laser bleu donc drsquoune lumiegraveremonochromatique agrave plus faible longueur drsquoonde et par conseacutequent les creux et bosses dudisque peuvent ecirctre beaucoup plus nombreux drsquoougrave un gain eacutenorme de place

Ceacuteleacuteriteacute dune onde est sa vitesse de propagation Celle de la lumiegravere la plus connue estde 300 000 kms-1

Champ eacutelectromagneacutetique est le concept central de leacutelectromagneacutetisme On le conccediloitsouvent comme composition des deux champs vectoriels que lon peut mesurerindeacutependamment le champ eacutelectrique E et le champ magneacutetique B Mais ces deux champsne sont pas seacuteparables

Electroscope Appareil qui permet de deacutetecter une charge eacutelectrique

Freacutequence drsquoonde La freacutequence dun pheacutenomegravene est le nombre de cycles qui seproduisent durant une seconde Luniteacute de la freacutequence est lrsquoHertz (Hz) Le courant alternatifqui alimente nos appareils eacutelectriques a une freacutequence de 50 Hz Cela signifie que leseacutelectrons qui creacuteent le courant changent de direction 20 fois par seconde

Fibre optique Tregraves mince fil de verre (tregraves fragile) permettant de transporter de linformationsous la forme dimpulsions lumineuses

Infrarouge Lumiegravere situeacutee au-delagrave du rouge dans le spectre des couleurs Alors que cettelumiegravere nest pas visible aux yeux humains les eacutemetteurs et les reacutecepteurs infrarougespeuvent envoyer et recevoir des signaux infrarouges

Interfeacuterence Superposition et somme algeacutebrique conseacutequente de deux ondes dunpheacutenomegravene physique vibratoire Linterfeacuterence se manifeste dans les teacuteleacutecommunications enoptique en acoustique et plus geacuteneacuteralement lorsquon a une propagation deacutenergie de typeondulatoire

Longueur drsquoonde est la distance entre deux cycles conseacutecutifs de londe

Lumiegravere polychromatique lumiegravere composeacutee de radiations de longueurs drsquoondesdiffeacuterentes La lumiegravere laquo blanche raquo est une lumiegravere polychromatique

Monochromatique lumiegravere composeacutee drsquoune radiation (de freacutequence deacutefinie) Un laser He-Ne eacutemet une lumiegravere monochromatique

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N indice caracteacuterisant le milieu dans lequel la lumiegravere se propage

Numeacuterique le numeacuterique est un codage extrecircmement simple mais tregraves encombrant Il secompose drsquoune longue chaicircne de laquo 0 raquo et laquo 1 raquo nommeacute bit Tous les 4x bits (ougrave X est unentier naturel) on a un mot En theacuteorie informatique il faut 8 bits pour former un Octet (uniteacutede donneacutees informatiques en anglais crsquoest le Byte) En pratique il faut exactement 8 bitsdrsquoinformation reacuteelle et 2 bits de correction drsquoerreur

Onde Une onde a la faculteacute de transporter de leacutenergie dun point agrave un autre sans quil y aittransfert de matiegravere

Photon est un concept utiliseacute pour repreacutesenter les interactions entre les rayonnementseacutelectromagneacutetiques (notamment la lumiegravere les ultraviolets et les rayons X) et la matiegravere

Spectre une lumiegravere est une somme de lumiegraveres simples de freacutequences et dintensiteacutesdiffeacuterentes La relation entre ces freacutequences et la luminositeacute qui leur correspond sappelle unspectre

plusmnR plusmnRW RAM -R -RW il srsquoagit de norme de gravure Pour CD on parle de CD-R ou CD-RW R correspondant agrave enregistrable (recordable en anglais) et RW agrave reacuteinscriptible(rewritable en anglais) Cette norme srsquoapplique pareil aux DVD agrave un seul deacutetail le + ou le ndashqui lui diffeacuterencie en fait juste le format de Philips(+) de celui de Sony (-) ce qui laisse sous-entendre un proceacutedeacute de gravure diffeacuterent sur quelques points La norme RAM est valableque pour DVD il srsquoagit drsquoun type de disque qui peut-ecirctre compareacute agrave une disquettemagneacutetique car ccedila dureacutee de vie est sensiblement la mecircme en ce qui concerne la reacuteeacutecriture

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BibliographieLivres

Encyclopeacutedie Universalis ndash La lumiegravere

Manuel scolaire Physique Terminale S Didier ndash Programme 1995

Articles de peacuteriodiques

Science et vie junior ndash Hors seacuterie ndeg53

Courrier International ndeg616

Science et vie junior ndeg151

Cahier de science et vie ndeg65

Cleacutes de lrsquoactualiteacute ndeg269

Science et vie ndeg928

Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg186

La recherche ndeg216

Science et vie ndash Hors seacuterie ndeg150

Sites Internet

httpwwwsennheiserfrpagephppg=technologietransmissionif

httppedagogieac-

montpellierfrDisciplinesscphysiquesSP30BTS20IRISTransmission20du20signalpdf

httpwwwnew-sngcomnorteldisc1_fcfm

httplullyasarizonaedu~hdolethesethese_hdole_htmlnode5html

httplocochenettransmission_donneesphp

httpwwwlkbensfr~jacquierDESSOptionBhtml

httplasiruniv-lille1frpagesSpectrometrie_Infrarougehtml

httpwwwjbaumannchjbinformatiquewifihtml

httpwwwjautomatisecomWhiteCommunicationWPCuivrehtm

httpwwwwikipediacom

httpwwwfutura-sciencescom

httppersowanadoofrguychaumeton

httpwwwalluphysicsDownloadsPremiC3A8reCours20polycopiC3A9sEffet2

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Et beaucoup de connaissances personnelles en ce qui concerne lrsquoinformatique