Transmettre l’information

Comment l’information se transmet-elle ?

L’information au quotidien se transmet grâce à des ondes de différents types :

• Ondes sonores
• Ondes lumineuses
• Ondes électromagnétiques

L’émission et la réception d’ondes peuvent être soit libre (ex : réseau Wifi) ou guidée comme pour la fibre optique.

Alors que pour se propager, le son nécessite un milieu matériel, la lumière n’en a pas l’utilité et peut se propager dans le vide !

D’un autre côté, alors que le son se propage dans tout milieu matériel, la lumière ne se propage que dans ceux qui sont transparents.

En ce qui concerne l’air à température ambiante, la lumière et le son peuvent tous deux s’y propager, à des vitesses différentes :

• 340 m/s pour le son ;
• 300 000 km/s pour la lumière.

En comparant ces deux valeurs, on observe que la vitesse de la lumière est environ un million de fois plus élevée que celle du son ! Il est donc intéressant de pouvoir transmettre un son par le biais de la lumière dans un souci de rapidité.

Transmission d'un signal sonore

Un signal sonore peut se transmettre sur de courtes distances, en rebondissant sur les parois murales par exemple, selon les lois de la réflexion :

Un signal sonore peut certes se transmettre dans l’air, à une vitesse non négligeable. Néanmoins, il va vite s’atténuer. Pour éviter cela, le son peut être converti en lumière au travers d’une chaîne de transmission par fibre optique :

Comment une fibre optique guide-t-elle la lumière ?

Une fibre optique comporte un cœur entouré d’une gaine. L’indice de réfraction du cœur est supérieur à celui de la gaine. La lumière se propage dans le cœur, de façon à ce que l’angle d’incidence soit supérieur à l’angle limite, si bien qu’elle traverse la fibre par une série de réflexions totales, la gaine jouant le rôle de miroir. Ce type de fibres porte le nom de fibres optiques à saut d’indice.

Il existe un deuxième type de fibres, dont l’indice de réfraction du cœur diminue à mesure que l’on s’éloigne de l’axe optique, c’est-à-dire du centre de la fibre, ce qui contraint la lumière à être déviée de façon continue vers l’axe optique en s’y propageant de façon sinusoïdale. Ce type de fibres porte le nom de fibres optiques à gradient d’indice.

La réfraction et la réflexion de la lumière : lois de Descartes

Un rayon lumineux traversant un milieu transparent et arrivant à la surface d’un autre milieu transparent subit une déviation. Cette déviation peut être :

• Une réflexion du rayon vers son milieu de provenance :

• Une réfraction du rayon dans le milieu d’arrivée :

Réfraction et angle limite

Lorsqu’un rayon lumineux traverse un premier milieu pour se rendre dans un second d’indice de réfraction inférieur à celui du premier, ce rayon s’écarte de la normale au point d’incidence.

Il s’en écarte d’autant plus que l’angle d’incidence i est plus grand, jusqu’à atteindre une valeur limite $\lambda$.

Ainsi, lorsque i > $\lambda$, le rayon incident reste dans son milieu initial en subissant une réflexion totale.