Ressources · 6ᵉ · Physique
Signaux et information
Signal et information, émetteur et récepteur, code ; signaux lumineux, sonores et électriques et leurs applications ; chaîne de transmission (émetteur, canal, récepteur) et robot qui réagit à un signal
À propos de cette page
Un signal transporte une information
Le feu passe au rouge : sans un mot, l’automobiliste comprend qu’il doit s’arrêter. Une lumière a suffi à faire passer un message d’un endroit à un autre. Dans ce chapitre, on étudie ces signaux qui transmettent une information.
• Un signal, c’est ce qui transporte l’information à distance : une lumière qui s’allume, clignote ou change de couleur, un son, un courant électrique dans un fil.
• L’émetteur produit et envoie le signal ; le récepteur le reçoit. Le signal va toujours de l’émetteur vers le récepteur.
• Pour comprendre l’information, émetteur et récepteur doivent connaître le même code : la signification convenue du signal (au feu, rouge veut dire « arrêt »).
Émetteur, signal, récepteur, information
| Situation | Émetteur | Signal | Récepteur | Information |
|---|---|---|---|---|
| Feu de circulation | le feu | lumière rouge | l’automobiliste (son œil) | « arrête-toi » |
| Passage piéton | le feu pour piétons | bonhomme vert | le piéton (son œil) | « tu peux traverser » |
| Téléphone en charge | le voyant du chargeur | lumière verte | l’utilisateur (son œil) | « la batterie est chargée » |
Le récepteur peut être un organe des sens (l’œil, l’oreille) ou un appareil : le capteur d’un téléviseur, un téléphone, un robot.
Le code : être d’accord sur la signification
Un signal ne sert à rien si le récepteur ne sait pas le lire. Trois codes à connaître :
- Le feu de circulation. Rouge : arrêt absolu. Jaune fixe (on dit souvent « orange ») : on s’arrête, sauf si l’on ne peut plus le faire sans danger. Vert : on peut passer. La position du feu allumé aide aussi les personnes qui confondent le rouge et le vert (daltoniennes).
- Le phare. Chaque phare a ses propres caractéristiques : nombre d’éclats, couleur, durée avant que la séquence recommence. Deux phares d’une même zone n’ont jamais les mêmes : le marin reconnaît le phare et sait où il se trouve.
- Le code Morse. Chaque lettre est une suite de signaux brefs (les points) et de signaux longs (les traits). Il s’envoie avec un son (bips à la radio, sifflet) ou avec une lumière (lampe). Le message de détresse SOS se comprend dans toutes les langues : trois points, trois traits, trois points.
Je prévois, je teste, j’observe, je conclus. Je prévois : « si mon camarade ne connaît pas le Morse, il verra ma lampe clignoter sans comprendre le message ». Je teste en lui envoyant SOS avec une lampe de poche, sans lui donner le code. J’observe : il voit les éclats, mais ne sait pas les lire. Je conclus : recevoir un signal ne suffit pas, il faut connaître le code pour retrouver l’information.
Repérer les rôles. À la fin du match, l’arbitre siffle. Émetteur : le sifflet de l’arbitre ; signal : un son ; récepteur : les joueurs (leur oreille) ; information : « le match est terminé ».
Signal ou information ? Le voyant d’une manette de jeu clignote en rouge. Le clignotement rouge est le signal ; « la batterie est presque vide » est l’information, que l’on comprend grâce à la notice (le code).
Réflexe — je pose trois questions : qui envoie (l’émetteur) ? qui reçoit (le récepteur) ? que veut-on faire savoir (l’information) ? Le signal est ce qui voyage entre les deux.
Attention — le signal n’est pas l’information : la lumière rouge est le signal, « arrête-toi » est l’information. Et l’émetteur est celui qui envoie, pas celui qui comprend.
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Signaux lumineux, sonores et électriques
Lumière, son, courant électrique : un signal n’a pas toujours la même nature. Au programme de 6ᵉ, on en distingue trois, et l’on sait citer des applications de chacun.
• Un signal sonore est un son. Il est reçu par l’oreille ou par un micro.
• Un signal électrique est un courant qui circule et varie dans un fil (un câble). Il est reçu par un appareil, jamais directement par nos sens.
• On reconnaît la nature d’un signal à ce qui voyage de l’émetteur au récepteur : de la lumière, un son ou un courant dans un fil.
Des applications à connaître
| Nature du signal | Applications | Récepteur |
|---|---|---|
| Lumineux | feux de circulation, phare, voyant de charge d’un appareil, clignotants d’une voiture, télécommande à infrarouge, fibre optique | l’œil ou un capteur de lumière |
| Sonore | alarme incendie, sirène d’alerte, sonnerie de téléphone, klaxon, sifflet | l’oreille ou un micro |
| Électrique | fil d’une sonnette, téléphone fixe à fil, télégraphe électrique, câble d’un clavier d’ordinateur | un appareil |
Une lumière invisible : la télécommande
La télécommande d’un téléviseur émet de la lumière infrarouge, invisible pour l’œil humain, mais captée par le capteur du téléviseur. C’est bien un signal lumineux, même si on ne le voit pas. Il ne porte qu’à quelques mètres, et aucun obstacle ne doit se trouver entre la télécommande et le téléviseur.
Des câbles au fond des océans
En 1858, le premier câble télégraphique sous l’Atlantique relie l’Irlande à Terre-Neuve : des fils de cuivre y transportent des signaux électriques. Le message de la reine Victoria met plus de 17 heures à passer (il fallait environ deux minutes par lettre), et le câble ne fonctionne que vingt jours. Depuis 1988 (premier câble à fibres optiques sous l’Atlantique), les câbles de communication sous-marins contiennent des fibres optiques : des fils de verre très fins qui guident la lumière sur des milliers de kilomètres. Ils transportent des signaux lumineux. Dans les années 2010, environ 99 % des communications entre continents (Internet, téléphone) passent par ces câbles.
Deux signaux pour une même information
Une alarme incendie peut émettre à la fois un son puissant et des éclairs de lumière (un flash) : le son alerte ceux qui ne regardent pas l’alarme, la lumière alerte les personnes sourdes ou malentendantes et ceux qui sont dans un endroit bruyant. Il y a alors deux signaux, l’un sonore, l’autre lumineux, pour une seule information : « sortez du bâtiment ».
Je prévois, je teste, j’observe, je conclus. Je prévois : « la télécommande envoie de la lumière, même si je ne la vois pas ». Je teste en regardant l’avant de la télécommande à travers l’écran d’un appareil photo numérique pendant que j’appuie sur une touche. J’observe : à l’œil nu, rien ; sur l’écran, on peut voir la petite lampe de la télécommande s’allumer, car le capteur de l’appareil photo est un peu sensible à l’infrarouge. Je conclus : la télécommande émet bien un signal lumineux, invisible pour l’œil.
Lumineux. Le gyrophare bleu d’un camion de pompiers tourne : c’est de la lumière qui voyage jusqu’à l’œil des automobilistes, un signal lumineux.
Sonore. Un réveil sonne à 7 h : un son voyage jusqu’à l’oreille du dormeur, un signal sonore.
Électrique. Le câble d’une souris d’ordinateur relie la souris à l’ordinateur : un courant qui varie dans le fil, un signal électrique, reçu par l’ordinateur.
Réflexe — pour trouver la nature d’un signal, je me demande ce qui voyage de l’émetteur au récepteur : de la lumière (lumineux), un son (sonore) ou un courant dans un fil (électrique).
Attention — un signal lumineux peut être invisible (l’infrarouge de la télécommande). Et un appareil électrique n’émet pas forcément un signal électrique : le haut-parleur, branché sur le courant, envoie un signal sonore jusqu’à l’oreille.
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La chaîne de transmission
Quand on sonne à une porte, l’information « quelqu’un est là » part du doigt du visiteur et arrive à l’oreille de l’habitant. Entre les deux, elle suit un chemin et change même de forme en route : c’est la chaîne de transmission.
• Le canal est le chemin suivi par le signal : l’air (pour un son ou pour de la lumière), un fil électrique, une fibre optique.
• Le long de la chaîne, le signal peut changer de nature (électrique, puis sonore, par exemple) : l’information, elle, reste la même.
• Un robot réagit à un signal : un capteur le reçoit, le programme décide (« si… alors… »), un moteur agit.
Un signal qui change de nature
La sonnette électrique. Le visiteur appuie sur le bouton : un signal électrique part dans le fil jusqu’au carillon. Le carillon émet alors un signal sonore, qui traverse l’air jusqu’à l’oreille de l’habitant.
La télécommande. L’appui sur la touche crée un signal électrique dans la télécommande ; sa petite lampe (une DEL) le transforme en lumière infrarouge, un signal lumineux qui traverse l’air. Le capteur du téléviseur reçoit cette lumière et la transforme de nouveau en signal électrique : le téléviseur change de chaîne. Trois signaux différents, une seule information : « passe à la chaîne suivante ».
Quand le signal n’arrive pas
Si le canal est coupé ou gêné, l’information se perd : un fil débranché, un obstacle devant la télécommande, un bruit si fort que la sonnerie ne s’entend plus. C’est pour cela que les alarmes importantes envoient souvent deux signaux (sonore et lumineux) par deux chemins différents.
Je prévois, je teste, j’observe, je conclus. Je prévois : « si je pose un livre juste devant la télécommande, le téléviseur ne réagira pas ». Je teste. J’observe : le téléviseur ne change pas de chaîne. Je conclus : la lumière infrarouge ne traverse pas le livre ; le canal est coupé, le signal n’atteint pas le récepteur.
Un robot qui réagit à un signal
Un robot reçoit des signaux grâce à ses capteurs : un capteur d’obstacle, un capteur de lumière, un bouton. Son programme contient des consignes du type « si le capteur détecte un obstacle, alors arrête-toi et tourne ; sinon, avance ». Les moteurs exécutent l’action. Le capteur joue le rôle du récepteur : sans signal reçu, le robot ne réagit pas.
L’éclairage public peut fonctionner de la même façon : un détecteur de présence repère un passant, un boîtier de contrôle décide, et la lampe s’allume.
Nommer le canal. Deux élèves se parlent dans la cour. Émetteur : la voix du premier ; canal : l’air ; récepteur : l’oreille du second.
Suivre les changements. Un interphone : le visiteur parle (signal sonore) ; le micro le transforme en signal électrique dans le fil ; le haut-parleur de l’appartement le retransforme en son. Sonore → électrique → sonore : l’information « c’est Léo, ouvre-moi » ne change pas.
Robot. Le robot de la classe a pour programme « si le bouton est appuyé, alors avance ». Élise appuie : le bouton (capteur) reçoit le signal, le programme décide d’avancer, les moteurs font tourner les roues.
Réflexe — je suis le chemin du signal depuis l’émetteur, je nomme le canal (air, fil, fibre optique) et je note chaque changement de nature, jusqu’au récepteur.
Attention — le canal n’est pas le récepteur : dans une conversation, l’air est le canal, l’oreille est le récepteur. Et quand le signal change de nature, ce n’est pas l’information qui change.
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Pour aller plus loin
La vitesse du son et de la lumière. Pendant un orage, on voit l’éclair avant d’entendre le tonnerre : la lumière va beaucoup plus vite que le son (environ 340 m/s dans l’air pour le son). Le son a besoin de matière (air, eau, solide) pour se propager et ne traverse pas le vide. Tout cela se verra en 5ᵉ : voir « Son : vibration, propagation et vitesse » et « Lumière : sources, propagation et vitesse ».
Signal analogique ou numérique. Un signal peut varier de façon continue (analogique) ou ne prendre que quelques valeurs, souvent codées en 0 et 1 (numérique). Ces notions sont au programme du cycle 4 : voir « Signaux : transmettre une information » en 4ᵉ.
Capteurs et circuits. Un capteur peut ouvrir ou fermer un circuit électrique tout seul : voir le chapitre « Électricité : le circuit électrique à une boucle ». Pour écrire soi-même un programme « si… alors… », voir « Pensée informatique : programmer avec Scratch ».
- Un signal transporte une information d’un émetteur (qui le produit) à un récepteur (qui le reçoit).
- Le signal n’est pas l’information : pour la retrouver, le récepteur doit connaître le code (feu rouge = arrêt, SOS en Morse).
- Signal lumineux (feux, phare, voyant, télécommande à infrarouge, fibre optique), sonore (alarme, sirène, sonnerie) ou électrique (fil, câble).
- Chaîne de transmission : émetteur → canal (air, fil, fibre optique) → récepteur ; le signal peut changer de nature, l’information reste la même.
- Un robot réagit à un signal : le capteur reçoit, le programme décide (« si… alors… »), le moteur agit.
Questions fréquentes
Qu’est-ce qu’un signal en physique en 6ᵉ ?
Un signal est ce qui transporte une information à distance, d’un émetteur (qui le produit) à un récepteur (qui le reçoit) : une lumière qui s’allume ou change de couleur, un son, un courant électrique dans un fil. Le signal n’est pas l’information : la lumière rouge du feu est le signal, « arrête-toi » est l’information.
Quelle est la différence entre l’émetteur et le récepteur ?
L’émetteur produit et envoie le signal (le feu, la sonnerie, la télécommande) ; le récepteur le reçoit (l’œil, l’oreille, le capteur d’un appareil). Pour retrouver l’information, le récepteur doit connaître le code : la signification convenue du signal.
Quels sont les trois types de signaux au programme de 6ᵉ ?
Les signaux lumineux (feux de circulation, phare, voyant de charge, télécommande à infrarouge, fibre optique), sonores (alarme, sirène, sonnerie, klaxon) et électriques (fil d’une sonnette, câble, téléphone fixe). On reconnaît la nature d’un signal à ce qui voyage de l’émetteur au récepteur.
La télécommande envoie-t-elle un signal lumineux ?
Oui. La télécommande d’un téléviseur émet de la lumière infrarouge, invisible pour l’œil mais captée par le capteur du téléviseur. Elle ne porte qu’à quelques mètres et ne fonctionne pas si un obstacle se trouve sur le trajet.
Qu’est-ce que la chaîne de transmission de l’information ?
C’est le chemin de l’information : émetteur → canal → récepteur. Le canal peut être l’air, un fil électrique ou une fibre optique. Le signal peut changer de nature en route (électrique, puis sonore dans une sonnette), mais l’information transmise reste la même.
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