Signaux et information

Exercice 1 — Vocabulaire et définitions
1. Définition d'un signal (1 pt)
Un signal est une grandeur physique qui varie dans le temps et qui transporte une information d'un émetteur vers un récepteur.
Justification : toute transmission d'information nécessite un support physique variable ; lumière, son, courant électrique sont tous des signaux.

2. Définition d'un émetteur + exemple (1 pt)
Un émetteur est l'objet ou l'être qui produit et envoie le signal.
Exemple attendu (au choix) : une lampe de poche (émet de la lumière), une sirène d'ambulance (émet un son), un téléphone portable (émet des ondes radio).

3. Signal analogique vs signal numérique (1 pt)
Un signal analogique varie de manière continue : il peut prendre toutes les valeurs dans un intervalle (courbe lisse).
Un signal numérique ne prend que des valeurs discrètes, généralement 0 ou 1 (représentation en créneaux).
Justification : l'analogique reproduit fidèlement la réalité physique ; le numérique code l'information en bits, ce qui permet une transmission sans dégradation.

4. Définition d'un bit (1 pt)
Un bit (contraction de binary digit) est l'unité de base de l'information numérique. Il vaut 0 ou 1.
Justification : en binaire, tout message est codé comme une suite de 0 et de 1 ; chacun de ces chiffres est un bit.

Exercice 2 — Propagation des signaux
1. Le son peut-il se propager dans le vide ? (1 pt)
Non. Le son est une vibration mécanique : il a besoin d'un milieu matériel (air, eau, solide) pour se propager. Dans le vide, il n'y a aucune matière à faire vibrer, donc le son ne peut pas s'y propager.
Exemple : dans l'espace, une explosion est silencieuse car il n'y a pas d'air.

2. Dans quel milieu le son va-t-il plus vite : air ou eau ? (1 pt)
Le son se propage plus vite dans l'eau (≈ 1 500 m/s) que dans l'air (≈ 340 m/s).
Justification : plus le milieu est dense et compressible, plus les molécules transmettent la vibration rapidement. L'eau est beaucoup plus dense que l'air.

3. Vitesses approximatives (1 pt)
• Vitesse du son dans l'air : 340 m/s
• Vitesse de la lumière : 300 000 km/s (soit 3×10⁸ m/s)
Justification : la lumière est un signal électromagnétique, non mécanique, ce qui lui permet d'aller environ 900 000 fois plus vite que le son dans l'air.

4. Délai éclair/bruit à 1 020 m (2 pts)
La lumière arrive quasi-instantanément (sa vitesse est immense) : délai lumière ≈ 0 s.
Délai du son :
t = distance / vitesse = 1 020 / 340 = 3 s
On entend le bruit 3 secondes après avoir vu l'éclair.
(1 pt pour la formule/démarche, 1 pt pour le résultat avec unité)

Exercice 3 — Chaîne de transmission
1. Schéma de la chaîne d'un appel téléphonique mobile (2 pts)
Émetteur → Canal de transmission → Récepteur

• Émetteur : le micro du téléphone de l'appelant (capte la voix et la convertit en signal électrique puis numérique)
• Canal de transmission : les ondes radio (entre le téléphone et l'antenne relais, puis entre antennes et vers le destinataire)
• Récepteur : le haut-parleur du téléphone du destinataire (reconvertit le signal numérique en son)

Exercice 4 — Sonar et calcul
Données : vitesse du son dans l'eau = 1 500 m/s ; durée aller-retour = 1,2 s

a) Distance totale parcourue (aller-retour) (1 pt)
d_aller-retour = vitesse × temps = 1 500 × 1,2 = 1 800 m
Formule attendue : d = v × t

b) Profondeur de l'obstacle (1 pt)
Le signal fait un aller et un retour, donc :
profondeur = d_aller-retour / 2 = 1 800 / 2 = 900 m
Justification : la distance aller-retour est le double de la profondeur réelle.

c) Pourquoi le sonar (ultrason) plutôt qu'un signal lumineux sous l'eau ? (2 pts)
La lumière est très rapidement absorbée et diffusée dans l'eau, surtout en profondeur : elle ne peut pas parcourir de grandes distances sous-marines.
En revanche, les ultrasons (signaux sonores) se propagent très bien dans l'eau sur de longues distances avec peu de pertes.
De plus, l'eau est un milieu matériel qui convient parfaitement à la propagation du son.
(1 pt pour « la lumière ne pénètre pas profondément dans l'eau », 1 pt pour « le son se propage bien dans l'eau »)

Exercice 5 — Questions ouvertes
1. Délai perceptible lors d'une communication par satellite (1 pt)
Un satellite géostationnaire se trouve à environ 36 000 km d'altitude. Le signal radio doit effectuer un aller-retour Terre → satellite → Terre.
Délai = 2 × (36 000 / 300 000) = 2 × 0,12 = 0,24 s
Ce délai d'environ un quart de seconde est perceptible par l'oreille humaine, ce qui crée un léger décalage ou écho dans la conversation.
Justification : même à la vitesse de la lumière (300 000 km/s), la très grande distance impose un retard non négligeable.

2. Deux avantages du signal numérique par rapport à l'analogique (2 pts)

• Avantage 1 — Transmission sans perte de qualité : le signal numérique (0 et 1) résiste mieux aux perturbations ; même perturbé, il reste reconnaissable, contrairement au signal analogique qui se dégrade à chaque copie ou transmission.
• Avantage 2 — Stockage et reproduction fidèles : un signal numérique peut être copié, stocké et transmis à l'infini sans aucune dégradation (un fichier MP3 ou une photo reste identique à chaque copie).