Signaux : transmettre une information

Complète avec le nom de l’appareil ou la nature du signal.

1. Le capte la voix et la change en tension qui varie dans un fil.
   Le micro capte le son et produit une tension qui varie : il change un signal sonore en signal électrique.
2. L’écouteur d’un casque reçoit un signal électrique et produit un signal .
   L’écouteur fait vibrer l’air : il produit un signal sonore.
3. À l’arrivée d’une fibre optique, la transforme la lumière en signal électrique.
   La photodiode est un capteur de lumière : lumineux → électrique.
4. Le Wi-Fi et le Bluetooth fonctionnent sans fil, grâce à des ondes .
   Ce sont des ondes radio, des ondes électromagnétiques invisibles.
5. Pour envoyer de la lumière dans une fibre optique, on utilise une DEL ou un .
   La DEL ou le laser change le signal électrique en signal lumineux.

Dans la forêt, Inès appuie sur le bouton de son talkie-walkie et parle ; à 1,5 km de là, Tom l’entend dans le sien. Complète avec la nature du signal ou le nom demandé.

1. Entre la bouche d’Inès et son talkie-walkie, le signal est .
   La voix d’Inès fait vibrer l’air : signal sonore.
2. Entre les deux talkies-walkies, le signal est .
   Sur 1,5 km, sans fil : le signal est une onde radio.
3. Le canal entre les deux appareils est l’.
   Les ondes radio traversent l’air entre les deux antennes.
4. Dans l’appareil de Tom, l’antenne change le signal reçu en signal .
   L’antenne de réception produit un signal électrique.
5. Le dernier convertisseur, qui refait la voix d’Inès pour l’oreille de Tom, est le .
   Le haut-parleur change le signal électrique en son.

Zoé, à Brest, envoie un message vocal à sa tante, à Halifax, au Canada. Le message va du téléphone à la box par Wi-Fi, puis par des fibres optiques et un câble sous-marin, et enfin par la 4G jusqu’au téléphone de sa tante. Repère l’erreur, puis complète.

1. Zoé dit : « Le câble sous-marin transporte un courant électrique. » En réalité, ses fibres optiques transportent un signal .
   Une fibre optique guide la lumière : signal lumineux.
2. Zoé dit : « Ma voix voyage jusqu’au Canada sous forme de son. » En réalité, un son ne porte qu’à quelques dizaines de mètres : il s’ trop vite.
   Le son s’affaiblit très vite : dès le téléphone de Zoé, la voix est changée en signal électrique, puis en ondes radio et en lumière.
3. Sa tante dit : « Le canal, c’est mon téléphone. » En réalité, son téléphone est le ; le canal est le chemin suivi par le signal.
   Le téléphone de la tante reçoit le signal : c’est le récepteur.
4. Le signal a changé plusieurs fois de nature, mais l’ transmise n’a pas changé.
   Le signal change de forme ; l’information (le message de Zoé) reste la même.

Complète avec les valeurs et les mots du cours.

1. Dans l’air, les ondes radio se propagent à environ km/s.
   Comme la lumière : environ 300 000 km/s.
2. Dans une fibre optique, la lumière se propage à environ km/s.
   Dans le verre de la fibre, la lumière ralentit : environ 200 000 km/s.
3. 1 ms = s
   Une milliseconde est un millième de seconde : 0,001 s.
4. 0,045 s = ms
   0,045 × 1 000 = 45 ms.
5. Un satellite à 36 000 km d’altitude, qui paraît immobile dans le ciel, est dit .
   C’est un satellite géostationnaire : il tourne avec la Terre et reste au-dessus du même point.

Calcule le délai de propagation en ms. On prend 300 000 km/s pour les ondes radio et 200 000 km/s dans une fibre optique ou un câble.

1. Une fibre optique de 840 km : t = ms
   t = 840 ÷ 200 000 = 0,0042 s = 4,2 ms.
2. Une onde radio qui parcourt 45 km jusqu’à un poste de radio : t = ms
   t = 45 ÷ 300 000 = 0,000 15 s = 0,15 ms.
3. Un câble sous-marin à fibres optiques de 14 000 km : t = ms
   t = 14 000 ÷ 200 000 = 0,07 s = 70 ms.
4. Un satellite en orbite basse, à 1 200 km au-dessus de l’émetteur et du récepteur (montée et descente) : t = ms
   d = 2 × 1 200 = 2 400 km ; t = 2 400 ÷ 300 000 = 0,008 s = 8 ms.
5. Un câble électrique de 3 km : t = ms
   t = 3 ÷ 200 000 = 0,000 015 s = 0,015 ms.

Raisonne avec les délais (ondes radio : 300 000 km/s ; fibre et câble : 200 000 km/s ; son : 340 m/s).

1. Un signal met 25 ms pour traverser une fibre optique. Longueur de la fibre : km
   d = v × t = 200 000 × 0,025 = 5 000 km.
2. Une question passe par un satellite relais à 36 000 km d’altitude, puis la réponse revient par le même chemin. Entre la question et le début de la réponse, il s’écoule au moins s.
   Quatre trajets de 36 000 km (montée et descente, aller et retour) : 144 000 ÷ 300 000 = 0,48 s, presque une demi-seconde.
3. Sur 30 km, un son mettrait environ s (arrondi à l’unité).
   t = 30 000 ÷ 340 ≈ 88,2 s, soit environ 88 s : bien trop lent pour communiquer.
4. Un signal parcourt 900 km dans un câble, puis 600 km dans l’air sous forme d’ondes radio. Délai total : ms
   Câble : 900 ÷ 200 000 = 0,0045 s ; air : 600 ÷ 300 000 = 0,002 s ; total 0,0065 s = 6,5 ms.

Réponds par « analogique » ou « numérique ».

1. La tension d’un capteur d’humidité qui suit l’humidité de l’air d’une serre est un signal .
   Elle varie de façon continue, comme l’humidité : signal analogique.
2. Une photo enregistrée dans la mémoire d’un appareil photo est stockée sous forme .
   Elle est enregistrée en 0 et en 1 : forme numérique.
3. Le niveau du liquide coloré d’un thermomètre à alcool donne une information .
   Le liquide monte ou descend de façon continue : analogique.
4. L’aiguille d’un compteur de vitesse qui tourne avec la vitesse donne une information .
   L’aiguille peut s’arrêter à n’importe quelle position : analogique.
5. Un signal électrique qui ne prend que les valeurs 0 V et 5 V est .
   Deux niveaux seulement, notés 0 et 1 : numérique.
6. Un code-barres lu à la caisse d’un magasin transmet une information .
   Barres sombres et espaces clairs : un nombre limité de valeurs, une information numérique.

Observe les trois signaux, puis complète.

1. Le signal A est .
   A est une courbe continue : il prend toutes les valeurs, il est analogique.
2. Le signal B est .
   B est une suite de paliers à deux niveaux : il est numérique.
3. Le signal B ne prend que valeurs différentes.
   Un niveau haut et un niveau bas : 2 valeurs, notées 1 et 0.
4. Le signal C est le signal B après un long trajet : il est déformé par des .
   Ce sont des parasites (le bruit). On reconnaît encore sans peine les paliers hauts et bas : les bits de B se retrouvent.

Repère l’erreur, puis complète.

1. Hugo dit : « Un signal électrique est forcément analogique. » Faux : s’il ne prend que deux niveaux de tension, il est .
   La nature (électrique) ne dit rien du codage : deux niveaux, c’est numérique.
2. Lina dit : « Un signal numérique affaibli arrive forcément abîmé. » Faux : tant que le récepteur distingue les 0 et les 1, le message reçu est au message envoyé.
   Le récepteur n’a qu’à reconnaître deux niveaux : il retrouve exactement les mêmes bits, le message est identique. Au-delà d’une limite, en revanche, il décroche.
3. Pendant un orage, l’image d’une chaîne de télévision TNT reste parfaite, puis se d’un coup quand le signal devient trop faible.
   C’est le « tout ou rien » du numérique : l’image se fige (ou se coupe) au lieu de se brouiller peu à peu.
4. Pour envoyer une note vocale, le téléphone change la tension du micro grâce à un convertisseur -numérique.
   Le convertisseur analogique-numérique change la tension continue du micro en 0 et 1.
5. Le son qui sort de l’écouteur et arrive à l’oreille est un signal .
   L’air vibre de façon continue : signal analogique. Nos sens ne reçoivent que des signaux analogiques.

Avec n bits, on écrit 2ⁿ combinaisons différentes. Complète.

1. Avec 4 bits : combinaisons.
   2⁴ = 2 × 2 × 2 × 2 = 16.
2. Avec 6 bits : combinaisons.
   2⁶ = 64.
3. Avec 7 bits : combinaisons.
   2⁷ = 128.
4. Avec 10 bits : combinaisons.
   2¹⁰ = 1 024.
5. 2ⁿ = 32 768 : n =
   En doublant à partir de 1 024 (10 bits) : 2 048, 4 096, 8 192, 16 384, 32 768 : 15 bits.

Le graphique montre un message numérique : niveau 5 V = 1, niveau 0 V = 0.

1. Durée d’un bit : ms
   Les paliers changent toutes les 2 ms (graduations 0, 2, 4…).
2. Suite de bits lue :
   De 0 à 16 ms : 0 V, 5 V, 5 V, 0 V, 5 V, 0 V, 0 V, 5 V, soit 01101001.
3. Ce message compte octet(s).
   8 bits = 1 octet.
4. À ce rythme, bits passent en une seconde.
   1 s = 1 000 ms ; 1 000 ÷ 2 = 500 bits.

Combien de bits ? Numériser.

1. Pour coder les 7 jours de la semaine, il faut au moins bits.
   2² = 4 < 7 ; 2³ = 8 ≥ 7 : 3 bits.
2. Pour coder 50 couleurs différentes, il faut au moins bits.
   2⁵ = 32 < 50 ; 2⁶ = 64 ≥ 50 : 6 bits.
3. Chaque mesure d’un capteur est codée sur 12 bits : nombre de niveaux possibles :
   2¹² = 4 096 niveaux.
4. Ce capteur fait 1 000 mesures par seconde : il produit bits par seconde.
   1 000 × 12 = 12 000 bits par seconde.
5. Passer de 8 bits à 16 bits par mesure multiplie le nombre de niveaux par .
   2⁸ = 256 niveaux ; 2¹⁶ = 65 536 niveaux ; 65 536 ÷ 256 = 256. Chaque bit ajouté double : 8 bits de plus, c’est 2⁸.

Convertis. Écris uniquement le nombre.

1. 5 Mo = Mbit
   5 × 8 = 40 Mbit.
2. 96 Mbit = Mo
   96 ÷ 8 = 12 Mo.
3. 2,5 Gbit/s = Mbit/s
   2,5 × 1 000 = 2 500 Mbit/s.
4. 1,5 Mbit/s = kbit/s
   1,5 × 1 000 = 1 500 kbit/s.
5. 0,4 Go = Mbit
   0,4 Go = 400 Mo ; 400 × 8 = 3 200 Mbit.

Calcule. Écris uniquement le nombre.

1. 600 Mbit transmis en 12 s : D = Mbit/s
   D = 600 ÷ 12 = 50 Mbit/s.
2. Un fichier de 30 Mo reçu en 4 s : D = Mbit/s
   30 Mo = 240 Mbit ; D = 240 ÷ 4 = 60 Mbit/s.
3. Un film de 2,4 Go téléchargé à 80 Mbit/s : Δt = s
   2,4 Go = 2 400 Mo = 19 200 Mbit ; Δt = 19 200 ÷ 80 = 240 s, soit 4 min.
4. À 25 Mbit/s pendant 1 min, on reçoit Q = Mo
   Q = 25 × 60 = 1 500 Mbit ; 1 500 ÷ 8 = 187,5 Mo.

Débits dans la maison. Rappel : une vidéo en Full HD demande 5 Mbit/s.

1. Une photo de 3 Mo envoyée à 12 Mbit/s : durée d’envoi : s
   3 Mo = 24 Mbit ; 24 ÷ 12 = 2 s.
2. Une connexion reçoit 1,5 Go en 1 min : D = Mbit/s
   1,5 Go = 1 500 Mo = 12 000 Mbit ; 1 min = 60 s ; 12 000 ÷ 60 = 200 Mbit/s.
3. Trois écrans montrent chacun une vidéo en Full HD pendant qu’une console télécharge à 20 Mbit/s : débit total nécessaire : Mbit/s
   3 × 5 + 20 = 35 Mbit/s : les débits s’additionnent.
4. Avec une connexion de 30 Mbit/s, il manque Mbit/s : les vidéos risquent de s’arrêter.
   35 − 30 = 5 Mbit/s.