Ondes dans la communication

Les ondes électromagnétiques dans les communications

Tu trouveras ci-dessous un diagramme du spectre électromagnétique ; il montre toute la distribution du rayonnement électromagnétique en fonction de l'augmentation de la fréquence ou de l'augmentation de la longueur d'onde. Les ondes à haute fréquence, telles que les rayons gamma et les rayons X, ont la plus petite longueur d'onde et les énergies les plus élevées des ondes électromagnétiques. Tandis que les micro-ondes et les ondes radio possèdent les fréquences et les énergies les plus basses, mais les longueurs d'onde les plus grandes.

Les différentes sections du spectre électromagnétique sont classées par fréquence et longueur d'onde, Wikimedia Commons CC BY 3.0.

Les ondes électromagnétiques ont de nombreuses utilisations dans le domaine de la communication. Différentes parties du spectre électromagnétique (EM) conviennent à différentes applications. Les différentes énergies, fréquences et longueurs d'onde associées à chaque partie du spectre électromagnétique présentent des avantages et des inconvénients en fonction de leur utilisation. Nous n'utilisons que les parties à basse fréquence du spectre électromagnétique dans la communication, les rayonnements électromagnétiques à des fréquences plus élevées que la lumière visible n'étant pas pratiques pour diverses raisons.

Les ondes radio dans les communications

Les ondes radio ont les plus grandes longueurs d'onde et les plus basses fréquences du spectre électromagnétique. La plupart des fréquences d'ondes radio sont essentiellement transparentes pour l'atmosphère, et sont donc très utiles pour communiquer sur de longues distances. Elles traversent également le corps humain et ne sont donc pas du tout nocives. Le spectre radioélectrique lui-même est très large. Il va d'une longueur d'onde de 1 mm à 10 000 km, ce qui est plus grand que le rayon de la Terre ! Les ondes radio de différentes longueurs d'onde et de différentes fréquences ont donc des comportements très différents. La télévision et les émissions de radio sont des exemples typiques de l'utilisation de ces ondes dans les communications.

Nous pouvons transmettre et recevoir des ondes radio en utilisant des oscillations dans les circuits électriques. Lorsqu'un conducteur absorbe une onde radio, il génère un courant alternatif. La fréquence du courant alternatif correspond à la fréquence de l'onde radio. C'est ainsi que nous codons électroniquement les informations avant la transmission radio et que nous les décodons après la réception de l'onde.

Les ondes lumineuses visibles dans les communications

Bien sûr, nous utilisons déjà la lumière visible pour communiquer naturellement les uns avec les autres, c'est pourquoi nous parlerons de la lumière visible purement en tant que technologie de communication. En 1792, un Français nommé Claude Chappe a inventé le système télégraphique du sémaphore. Le sémaphore était un moyen primitif de transmettre des informations sur de longues distances à l'aide de signaux visuels. De grandes tours ont été construites en ligne de mire les unes des autres, à des distances comprises entre$5$et$20$miles en fonction du terrain. Sur chaque tour, un opérateur humain muni d'une longue-vue surveillait les tours voisines à la recherche de signaux. Après avoir reçu un message, l'opérateur le transmettait à la tour suivante. Il s'agit du précurseur du télégraphe électrique, qui remplacera le sémaphore moins d'un siècle plus tard.

À l'ère moderne, nous utilisons des câbles à fibres optiques pour transmettre des signaux sous forme de lumière visible. Les câbles à fibres optiques peuvent être utilisés pour fournir de l'internet à haut débit. Les câbles à fibres optiques sont constitués de fibres de verre flexibles, qui permettent aux ondes électromagnétiques d'être réfléchies en interne et donc de se déplacer dans le câble à la vitesse de la lumière. Ces câbles sont entourés d'une gaine en plastique pour protéger les fibres de verre délicates qui se trouvent à l'intérieur. Les câbles à fibres optiques peuvent être utilisés pour transmettre des signaux sur de très longues distances, car il n'y a qu'une faible perte du signal due à la diffusion ou à l'absorption de l'onde lorsqu'elle est réfléchie aux limites du câble. Le verre de meilleure qualité permet de réduire les pertes lorsque l'onde se déplace dans le câble.

Rayon de lumière visible traversant un câble de fibre optique par réflexion interne, adapté de l'image de Chris Woodford CC BY 3.0

Les ondes infrarouges dans les communications

La lumière infrarouge englobe tous les rayonnements électromagnétiques compris entre$700\mathrm{nm}$($0.0007\mathrm{mm}$) et$1\mathrm{mm}$. Les transmissions infrarouges sont surtout utilisées dans les communications à courte portée. La télécommande de ton téléviseur en est un exemple courant. Le principal problème des communications infrarouges est que les ondes ne traversent pas les objets solides et sont partiellement absorbées par l'atmosphère, ce qui leur confère une faible portée. Dans certains contextes (comme le confort de ta propre maison), cela peut être transformé en avantage ! Une télécommande de télévision infrarouge située dans le salon n'interfèrera pas avec des appareils similaires situés dans d'autres pièces de la maison, car les signaux ne peuvent pas traverser les murs. De plus, les émetteurs infrarouges sont relativement peu coûteux à fabriquer et ont une faible consommation d'énergie, ce qui maintient les coûts à un niveau bas pour les consommateurs.

Communications par satellite

L'un des moyens de communiquer à l'échelle mondiale consiste à utiliser des satellites, souvent employés par les sociétés de télévision par satellite et les réseaux de téléphonie mobile. Par exemple, une tour de téléphonie mobile transmettra et recevra des données de nombreux téléphones mobiles situés au sol par le biais d'ondes radio. La tour de téléphonie mobile communique ensuite avec un satellite en orbite géostationnaire à l'aide de micro-ondes. Un satellite géostationnaire reste toujours stationnaire au-dessus d'un point précis de la surface de la Terre, de sorte que la communication avec les équipements au sol peut se faire sans interruption, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Le spectre des micro-ondes est utilisé car il n'est pas bloqué par l'atmosphère terrestre et peut transmettre plus de données par seconde que les ondes radio, en raison de leurs fréquences plus élevées.

Le satellite peut alors communiquer avec d'autres tours de téléphonie mobile dans une vaste zone à la surface de la Terre. Les satellites commerciaux ne communiquent que très rarement directement entre eux, les signaux doivent être relayés vers des récepteurs au sol.

Utilisation d'un satellite pour communiquer sur de longues distances, Wikimedia Commons CC BY 3.0