Conversion analogique-numérique

• Comprendre la différence fondamentale entre un signal analogique et un signal numérique.
• Décrire les étapes principales de la conversion analogique-numérique (CAN).
• Identifier des objets du quotidien utilisant cette conversion.

Analogique vs Numérique : Deux mondes de signaux

Dans notre environnement, la plupart des informations sont de nature analogique : elles varient de manière continue et peuvent prendre une infinité de valeurs. Pensez à l'aiguille d'un thermomètre à alcool qui monte progressivement avec la chaleur, à la modulation de votre voix lorsque vous parlez, ou à la luminosité du soleil qui change tout au long de la journée. Ces signaux sont lisses et continus. À l'inverse, un signal numérique est discontinu : il ne peut prendre qu'un nombre limité de valeurs, bien définies et séparées. Le système binaire (0 et 1) en est l'exemple parfait. Une montre à aiguilles est analogique (elle indique tous les instants du temps), tandis qu'une montre digitale affiche des nombres qui changent par sauts (ex: 14:05:23, puis 14:05:24). La conversion analogique-numérique est donc nécessaire pour faire entrer les informations du monde réel (analogique) dans nos ordinateurs, smartphones et consoles de jeu (numériques). Sans elle, impossible d'enregistrer de la musique, de prendre une photo numérique ou d'utiliser un capteur de température connecté.

Les étapes clés de la conversion : Échantillonnage et Quantification

La conversion analogique-numérique (CAN) ne se fait pas en un claquement de doigts. Elle suit un processus en deux étapes principales, souvent comparé à la création d'une image en mosaïque. Première étape : l'ÉCHANTILLONNAGE. On 'photographie' la valeur du signal analogique à des instants réguliers et très rapprochés. C'est comme si on mesurait la hauteur d'une vague de l'océan toutes les secondes. La fréquence à laquelle on prend ces mesures s'appelle la fréquence d'échantillonnage (mesurée en Hertz - Hz). Plus elle est élevée, plus la représentation sera fidèle. Deuxième étape : la QUANTIFICATION. Chaque valeur mesurée (l'échantillon) est un nombre qui peut être très précis (ex: 2,34567 volts). L'ordinateur doit arrondir cette valeur à l'une des valeurs discrètes qu'il peut représenter. On définit un nombre de niveaux de quantification (lié à la résolution en bits). Par exemple, avec une quantification sur 3 bits, on a 2^3 = 8 niveaux possibles (de 0 à 7). La valeur 2,34567 V sera arrondie au niveau le plus proche, disons le niveau 4. Ce niveau est ensuite codé en binaire (100). Le résultat final est une suite de nombres binaires représentant le signal original de manière approximative, mais suffisamment précise pour nos usages.

Applications pratiques

La conversion analogique-numérique est omniprésente dans les technologies que vous utilisez tous les jours. Prenons l'exemple d'un microphone sur un smartphone : la membrane du micro vibre de façon analogique avec votre voix. Un capteur transforme ces vibrations en un faible signal électrique analogique. Un circuit de conversion analogique-numérique (CAN) intégré dans le téléphone échantillonne et quantifie ce signal plusieurs milliers de fois par seconde pour créer un fichier audio numérique (comme un MP3). Autre exemple : une webcam. La lumière (analogique) frappe un capteur CCD/CMOS. Chaque pixel du capteur génère un signal électrique proportionnel à l'intensité lumineuse reçue. Un convertisseur CAN attribue une valeur numérique à chaque pixel (pour la luminosité et la couleur), créant ainsi l'image numérique. Les capteurs de jeux vidéo (manettes, casques VR), les stations météo numériques (capteur de température), les scanners et les appareils photo numériques reposent tous sur ce principe fondamental pour interagir avec le monde physique.