Définir le numérique

Le numérique : Kézako ?

Le numérique est à la mode ces derniers temps. Tellement à la mode que ce terme est utilisé et appliqué à tout va[1]. Au final, on tend à s’y perdre sur la réalité du concept, le sens de ce terme. Il reste essentiel de s’extraire de ces effets de mode pour garder un œil rationnel, adopter les bonnes décisions et éviter de gâcher temps et ressources. A ce titre, je vais commencer par délimiter les limites de mon travail, définir le cadre de mon exposé, et par conséquent, ce que nous entendons par numérique.


Les signaux analogiques

Tout autour de nous, les signaux se retrouvent sous 2 formes différentes : analogique ou numérique. La quasi-totalité de ces signaux sont analogiques. Ils correspondent à un signal continu qui varie en fonction du temps. Comme le signifie son étymologie (du grec analogos, proportionnel, en relation avec)[2], et pour deux signaux liés, la variation de l’un provoquera une variation proportionnelle du second. Prenons l’exemple d’un thermomètre analogique, qui mesure la température (énergie cinétique des molécules du lieu) et nous en donne une représentation visuelle sous forme d’une hauteur de fluide. Si la température augmente, le fluide se détendra et la hauteur de la colonne augmentera ; pour le cas où la température diminue, le fluide se comprimera et la hauteur de la colonne diminuera.

La variation de température sera ainsi proportionnelle à la hauteur du liquide et prendra toutes les valeurs possibles entre les deux bornes. En effet, la température augmentant de 15°C à 20°C, nous pourrons observer que la hauteur du fluide va augmenter en passant progressivement par toutes les valeurs intermédiaires.


Les signaux numériques

Les autres signaux sont dits numériques (du latin numerus, nombre)[3]. Ils correspondent à un signal discret qui ne peut prendre qu’un nombre fini de valeurs. Reprenons notre exemple, mais cette fois-ci avec un thermomètre numérique.
Avec cet appareil, la température ne peut prendre qu’un ensemble de valeurs définies, et lorsque la température augmente de 15°C à 20°C, notre représentation de la température augmentera avec un pas de 0,1°C de 15 à 15,1, puis 15,2, 15,3 etc… jusqu’à la valeur 20. D’un point de vue plus technique, le signal numérique est un signal analogique qui a été échantillonné un nombre égal de fois, avec une fréquence d’échantillonnage Fe, puis quantifié numériquement.


L’échantillonnage

Reprenons notre signal analogique source et numérisons le ; la fréquence d’échantillonnage sera de 4 Hz.
Lors du premier échantillonnage (ici confondu avec l’axe des ordonnées), la valeur trouvée sur notre signal est quantifiée, puis maintenue.
Lors du second échantillonnage, une nouvelle valeur est quantifiée, puis maintenue.

Ainsi de suite jusqu’au dernier échantillonnage.
Le résultat est un signal numérisé carré, qui ici ne prend que 4 valeurs.
  Il est en outre assez peu représentatif de notre signal analogique source. Nous pouvons augmenter la fréquence d’échantillonnage de 4Hz à 8Hz, afin de procéder à plus de quantifications. Le même principe est appliqué et nous obtenons un signal numérisé carré composé de 8 valeurs, plus raffiné et plus détaillé que le signal obtenu à 4Hz. En augmentant encore la fréquence d’échantillonnage (16Hz), il est possible de mesurer notre signal analogique un nombre plus important de fois, et d’augmenter le détail dans les mesures, et par conséquent, la qualité du signal numérisé en sortie.


Cependant, plus on augmente la fréquence d’échantillonnage, et plus notre signal sera lourd à traiter, car plus détaillé. Il s’agira alors de considérer pour chaque cas le meilleur rapport de qualité en fonction de paramètres comme le temps de traitement, la taille du signal, les ressources nécessaires etc…

Alors que les signaux analogiques sont directs, rapides, représentatifs de la source mais sont lourds à traiter, stocker ou transmettre, les signaux numériques offrent une facilité d’usage (stock, traitement, transmission, calcul), un coût moindre ainsi que la possibilité de duplication sans perte ; cela au détriment d’une information de moins bonne qualité puisque échantillonnée.

Il faut néanmoins rester conscient que je ne fais ici qu’effleurer la partie technique concernant le numérique. Bien que je n’aille pas plus loin dans les détails, cette explication suffira pour la suite de mon travail.


Sources

[1] Il suffit de renseigner un mot suivi de « numérique » sur un moteur de recherche pour trouver à peu près n’importe quel sujet associé au numérique.

[2] http://www.cnrtl.fr/etymologie/analogique

[3] http://www.cnrtl.fr/etymologie/num%C3%A9rique

Les sources dont je me suis servi concernant la technique sur le numérique sont nombreuses, et multi-support. Par exemple, une explication vidéo simple par le bureau d’étude en électronique SILIS ; ou le livre « Communications numériques et analogiques », par Hwei P. Tsu, édité par McGraw-Hill.

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur comment les données de vos commentaires sont utilisées.