Systèmes analogiques

Le mot « analogique » vient du grec « analogos » signifiant « qui est en rapport avec, proportionnel ». Dans un système analogique, une information est représentée par la variation d’une grandeur physique. Par exemple :

• Un thermomètre à mercure ou à alcool représente la température par un niveau de liquide dans un tube gradué. La hauteur du liquide est proportionnelle à la température.
• Dans une voiture, la position de l’aiguille du compteur indique la vitesse du véhicule. L’aiguille dévie d’un angle proportionnel à la vitesse.
• Sur un disque vinyle, le son est matérialisé par les ondulations d’un sillon. La forme du sillon reproduit les variations de l’amplitude de l’onde sonore au cours du temps.

Un transducteur est un dispositif capable de convertir une grandeur physique en une autre. L’utilisation de transducteurs permet de représenter les informations sous une forme adaptée à leur utilisation. Par exemple, un thermomètre rend la température lisible par un être humain. Lorsque l’aiguille d’un phonographe parcourt le sillon d’un disque vinyle, elle vibre et produit une onde sonore conforme au son original.

Électronique analogique

Dans un circuit électronique analogique, les informations sont représentées par des grandeurs électriques : tension, courant ou impédance.

L’électronique apparaît comme un moyen universel permettant d’effectuer des traitements sur des informations de natures diverses : son, image, etc. Par exemple, la photo ci-dessous illustre une chaîne de traitement audio analogique composée des éléments suivants :

1. Un capteur magnétique qui réagit aux vibrations des cordes d’une guitare et les transforme en une variation de tension.
2. Éventuellement, des dispositifs qui modifient la forme du signal électrique afin de produire des effets sonores (distorsion, wah-wah, etc).
3. Un amplificateur qui augmente l’amplitude du signal.
4. Un haut-parleur qui réagit aux variations de tension en faisant vibrer une membrane. Celle-ci, à son tour, produit une onde sonore.

Dans cet exemple, l’utilisation de l’électronique a permis de réaliser des effets qui auraient été difficiles, voire impossibles à obtenir par des moyens purement mécaniques.

Limitations des systèmes analogiques

Malgré tous ses avantages, l’électronique analogique souffre de plusieurs défauts :

Tout d’abord, chaque type de traitement nécessite la réalisation d’un circuit électronique spécialisé. Dans les années 1950, des calculateurs analogiques universels ont été développés, mais leur rôle se limitait à résoudre des équations différentielles.

Ensuite, les informations analogiques peuvent être altérées à cause des imperfections du support sur lequel elles ont été enregistrées ou des perturbations du canal de communication à travers lequel elles ont été transmises. Il est alors difficile de reconstituer les informations d’origine lorsqu’elles ont été dégradées.

De l’analogique au numérique

Dans un système analogique, une information est représentée par une grandeur qui varie de façon continue dans le temps ou dans l’espace, et qui peut prendre une infinité de valeurs possibles dans un intervalle donné.

Imaginons, par exemple, que nous souhaitions faire des relevés de température dans notre logement afin de faire des statistiques pour optimiser le système de chauffage. Nous disposons pour cela d’un thermomètre, d’un crayon et d’une grande feuille de papier.

Si nous travaillons de manière analogique, nous allons devoir nous installer devant le thermomètre et dessiner précisément la courbe de température sans quitter le thermomètre du regard et sans jamais lever le crayon. Nous pouvons aussi utiliser un thermographe (photo ci-dessous) qui fera ce travail automatiquement. Ensuite, pour déterminer la température moyenne sur un intervalle de temps, nous devrons trouver un moyen de mesurer l’aire sous la courbe, que nous diviserons par la durée.

En réalité, pour ce type d’application, nous pouvons nous contenter de relever la température à intervalles réguliers, par exemple tous les quarts d’heure. Nous choisissons également avec quelle précision nous effectuons les relevés : par exemple, nous pouvons noter la valeur de la température en degrés en omettant les chiffres après la virgule. Nous obtenons un tableau de nombres à partir duquel nous pouvons calculer la température moyenne. Il suffit d’additionner les valeurs relevées et de diviser la somme par le nombre de points de mesure.

La numérisation d’une information analogique consiste ainsi à effectuer les deux opérations suivantes :

• Échantillonnage : sélectionner les valeurs situées à des points de mesure régulièrement espacés.
• Quantification : prendre une valeur approchée de chaque échantillon.

Systèmes numériques

Dans un système numérique, les informations sont représentées par des suites discrètes de nombres. Ces nombres ont une précision finie.

Ces propriétés facilitent énormément l’exploitation des informations pour effectuer des calculs, pour les stocker ou pour les transmettre à travers des réseaux de communication. Un système numérique se définit simplement comme un système capable de traiter des suites de nombres. La signification de ces nombres dépend de l’application :

• Un texte est représenté comme une séquence de nombres entiers, chacun correspondant à un caractère conformément à un système de codage.
• Un son est représenté comme une séquence de nombres entiers proportionnels à l’amplitude de l’onde sonore à des instants successifs.
• Une image est représentée comme un tableau à deux dimensions dont chaque élément est un triplet d’entiers indiquant les quantités de rouge, vert et bleu de chaque pixel.
• Une vidéo est représentée comme l’assemblage d’une séquence d’images, d’une bande son et éventuellement du texte des sous-titres.

Dans un ordinateur, les programmes eux-mêmes sont représentés par des séquences de nombres. L’ordinateur (y compris les smartphones, les tablettes tactiles, les robots) apparaît donc comme une machine universelle capable d’effectuer des calculs, d’interagir avec son environnement, de mémoriser des informations et de communiquer. La même machine peut effectuer différentes tâches en fonction du programme qu’elle exécute.

Enfin, les informations numériques se prêtent également à des traitements qui faciliteront leur stockage et leur transmission :

• La compression de données permet de mieux exploiter la capacité des supports de stockage et la bande passante des canaux de communication.
• Les codes correcteurs permettent de reconstituer les données d’origine lorsqu’elles ont été altérées par un canal de communication perturbé.