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La lumière transporte des informations

Au fond des océans, la lumière circule dans des fibres optiques constituant un réseau mondial de télécommunications. Ces fibres offrent de nombreux avantages par rapport aux câbles électriques. Vecteur d’information aux propriétés uniques, la lumière détrônera-t-elle un jour le Wi-Fi pour distribuer Internet par Li-Fi dans nos habitations ?

LA LUMIÈRE TRANSPORTE DES INFORMATIONS

Quel scientifique a, le premier, communiqué à distance grâce à la lumière ? C’est Graham Bell, constructeur en 1878 du photophone. On connaît Bell davantage pour l’invention du téléphone, dont l’antériorité en revient pourtant à l’Italien Antonio Meucci… Le photophone est une sorte de téléphone lumineux sans fi ls, qui transmet par la lumière (venant du Soleil) le son de la voix à plusieurs centaines de mètres (> 1). Inadapté aux longues distances, cet appareil est rapidement tombé dans l’oubli, d’autant que la télégraphie sans fil (TSF) par ondes hertziennes (appelées aussi ondes radio) s’est développée dès le début du xxe siècle. Ce n’est que bien plus tard, en 1966, que réapparaît le dessein d’utiliser la lumière comme vecteur d’informations, avec l’émergence des fibres optiques.


1 > Le photophone de Bell mis en oeuvre ici pour communiquer entre deux postes militaires (extrait de E. Desbeaux, Physique populaire, Flammarion, 1891).


LA FIBRE DE LA COMMUNICATION

En effet, la fi bre optique offre un milieu de propagation protégé, indispensable pour la transmission par la lumière sur de grandes distances. Fin cheveu de verre, entouré d’une gaine de protection, une fi bre conduit la lumière, tout comme un fil électrique conduit l’électricité (> 2). Néanmoins, plusieurs années s’écouleront avant qu’une fi bre transmette un signal à longue distance et sans atténuation. L’optimisation de la nature des matériaux et des procédés de fabrication permit ce succès. Ne pensez pas que l’avantage de la fibre optique réside dans la vitesse de la lumière. En effet, la lumière se propage dans une fi bre à environ 200 000 km/s, ce qui est comparable à la vitesse des signaux électriques dans un câble. L’intérêt provient du débit d’information, c’est-à-dire de la quantité d’information transmise par seconde, exprimée en bits/s (un bit, de l’anglais binary digit, « chiffre binaire », est l’unité élémentaire d’information). En effet, ce débit est proportionnel à la fréquence de l’onde qui est, dans le cas des ondes lumineuses, dix mille à cent mille fois plus grande que, par exemple, les plus hautes fréquences des ondes radio. Comme, en outre, les fibres optiques sont incluses en grand nombre dans des câbles, on obtient de très hauts débits d’information. Qu’il est encore possible d’améliorer en injectant dans une même fibre des faisceaux lasers de longueurs d’onde légèrement différentes (technique appelée multiplexage). Les centres de recherche, dans la surenchère de l’innovation, atteignent même aujourd’hui des débits de plus de 10 térabits par seconde (soit plus de dix mille milliards de bits/s) !

Autre avantage des fibres optiques : elles sont insensibles aux parasites électromagnétiques, ce qui est appréciable pour les télécommunications, mais aussi pour les liaisons entre ordinateurs, les télémesures, les liaisons militaires, etc. D’ailleurs, les connexions Internet aussi font de plus en plus appel aux fibres optiques. Lorsque Internet arrivera avec un débit de 1 terabit/s dans les
habitations, il sera possible à n’importe qui de télécharger plus de 40 films haute définition en une seconde ! Tous ces avantages ont conduit à quadriller notre planète d’un large réseau de télécommunications par fibres optiques, sur terre et sous les mers. Une seule fibre de section analogue à celle d’un cheveu est capable de transmettre simultanément des millions de communications téléphoniques, de courriels et de recherches Internet, ainsi que des dizaines de milliers de canaux de télévision ! En complément, les satellites de télécommunications conservent leur rôle, notamment pour les téléphones portables, ainsi que pour les régions d’accès difficile.


TRANSMETTRE PAR LI-FI AU LIEU DE WI-FI ?

L’usage du Wi-Fi est devenu courant pour les transmissions de données sans fi ls par ondes radio. Cet acronyme est une abréviation du terme anglais Wireless Fidelity (« Fidélité sans fils »), qui est lui-même une transposition de Hi-Fi (High Fidelity, « Haute Fidélité »). Quant au Li-Fi (abréviation de Light Fidelity), il est à la lumière ce que le Wi-Fi est aux ondes radio. Il est en effet possible de mettre à profit la lumière émise par des lampes servant à l’éclairage, en modulant très rapidement son amplitude, pour transmettre des bits d’information. Trop rapides
pour être visibles par l’oeil humain, les modulations sont captées par un récepteur incorporé dans un ordinateur, un téléphone mobile, etc. Les sources de lumière doivent être des LED, seules à pouvoir être commutées rapidement (jusqu’à un milliard de fois par seconde). Le Li-Fi est donc intimement lié à l’éclairage par LED. Quels avantages par rapport au Wi-Fi ? Les débits
sont plus élevés (jusqu’à plusieurs gigabits par seconde, c’est-à-dire des milliards de bits par seconde). En outre, il n’y a pas d’interférences avec les ondes radio… ni de risque pour la santé. Enfin, le réseau est commun pour l’éclairage et la transmission de données. Graham Bell était loin d’imaginer de tels développements de son idée lumineuse !

 

Légende 2 > Faisceau de fibres optiques.