Transmission de l'information et réseaux : cours de Première SI

Quand tu envoies un message depuis ton téléphone, quand une sonde mesure une température dans un champ ou quand une commande part vers un robot, la même question se pose : comment faire arriver une information d'un point A à un point B, sans la déformer ? C'est l'objet de ce cours.

En Sciences de l'ingénieur, on ne se contente pas de constater que « ça marche ». On décrit la chaîne d'information : ce qui acquiert l'information, ce qui la traite, ce qui la transmet. Ici, on s'intéresse à la partie transmission, depuis le signal le plus simple jusqu'au réseau.

Le cours suit le chemin de l'information. On part du codage (tu l'as déjà vu avec le codage de l'information numérique), on passe par la manière de l'envoyer sur un support physique, puis on remonte vers les réseaux et leurs protocoles. Les ressources officielles de l'Éducation nationale suivent le même ordre : d'abord la transmission en bande de base, puis les modulations numériques, puis la transmission en bande transposée sur une fréquence porteuse, avec les protocoles usuels de transmission par voie radio ¹.

Les informations à transmettre sont de natures très variées : un texte, un son, une image, une mesure de température ². L'émetteur commence par les coder en grandeurs numériques, puis les envoie sur le canal. Le récepteur fait le travail inverse. La transmission est réussie quand les informations reçues correspondent bien aux informations à transmettre ².

Avant d'être transmise, l'information est transformée en nombres, donc en bits (0 ou 1). Pour un texte, on utilise un code qui associe un nombre à chaque caractère. Les ressources officielles prennent comme exemple le texte « Bonjour » exprimé en code ASCII ².

Une mesure physique suit le même principe. Un capteur délivre une grandeur analogique, qui est convertie en nombre par un convertisseur analogique-numérique. Un réseau militaire comme RITA illustre l'intérêt de cette étape : l'information y est numérisée grâce à une conversion analogique-numérique ⁴.

Autre idée importante : on ne transmet pas toujours en continu. Pour suivre une grandeur qui varie lentement, il peut suffire de faire une mesure puis une transmission seulement à intervalles réguliers, par exemple toutes les heures ². Moins on envoie de bits, moins on consomme d'énergie et de capacité du canal.

Pourquoi ne pas tout envoyer en bande de base ? Pour une liaison radio, il faut des signaux rayonnés par des antennes de taille raisonnable, et il faut que plusieurs émetteurs cohabitent sans se brouiller. En attribuant à chaque liaison sa propre fréquence porteuse, on partage le spectre. Les cours de référence suivent d'ailleurs cet enchaînement : bande de base, modulations numériques, puis bande transposée ¹.

Une modulation numérique fait dépendre une caractéristique de la porteuse (sa fréquence, sa phase, son amplitude) des bits à transmettre. Le récepteur mesure cette caractéristique et en déduit les bits.

L'intérêt du différentiel est pratique : le récepteur n'a pas besoin de connaître la phase absolue de l'émetteur, il lui suffit de comparer deux symboles consécutifs. Une logique voisine existe pour la modulation QPSK, dont le codage de l'information à transmettre est défini par une table qui associe des groupes de bits à des écarts de phase ³.

Jusqu'ici, on a relié deux dispositifs. Un réseau relie un grand nombre d'appareils, et leurs échanges suivent des règles communes appelées protocoles. Ces règles sont organisées en couches, chacune rendant un service à la couche supérieure.

Les applications (navigateur, messagerie…) confient à TCP des flux de données qui transitent par une connexion réseau ⁵. TCP fractionne ce flux d'octets en morceaux appelés segments ; la taille maximale d'un segment est fixée par la MTU, une limite propre au réseau situé en dessous, au niveau de la liaison de données ⁵. Le récepteur remet ensuite les segments dans l'ordre pour reconstituer le flux d'origine.

Imagine une autoroute : si tous les véhicules arrivent en même temps à un péage, une file se forme et le trajet s'allonge pour tout le monde. Sur un réseau, les équipements de routage ont une mémoire limitée ; quand elle est pleine, les paquets en trop sont perdus.

Numériser l'information a un second avantage : elle devient manipulable par des calculs, donc chiffrable. Le chiffrement transforme les bits en une suite illisible pour qui ne possède pas la clé.

Cet exemple relie tout le cours. Une information est codée en grandeurs numériques, transmise par voie radio sur des faisceaux hertziens, acheminée par un réseau maillé (plusieurs chemins possibles entre deux points) et protégée par chiffrement. Le codage, la logique et la programmation d'un microcontrôleur que tu as déjà vus trouvent leur place dans chaque maillon.