Signal et information

Les trois mots à retenir absolument

Tout part d'une idée simple : une information ne peut pas voyager toute seule. Pour aller d'un endroit à un autre, elle a besoin d'un support physique. Ce support, c'est le signal.

L'information, c'est le message : « arrête-toi », « quelqu'un est à la porte », « il est 8 h ». C'est ce qu'on veut faire comprendre.

Le signal, c'est le phénomène physique qui transporte ce message : de la lumière, du son, du courant électrique ou une onde radio.

L'émetteur est celui qui produit le signal. Le récepteur est celui qui le capte et l'interprète.

La phrase clé à savoir réciter : un signal est un phénomène physique qui sert de support pour transmettre une information d'un émetteur vers un récepteur.

Les quatre types de signaux (la liste à connaître par coeur)

Au collège, on classe les signaux selon le support physique utilisé. Il y en a quatre, et il faut les connaître sur le bout des doigts.

1. Signal lumineux — support : la lumière. Exemples : un feu de signalisation, un éclair, un voyant LED.

2. Signal sonore — support : le son. Exemples : une sirène, un klaxon, une sonnette, la voix.

3. Signal électrique — support : le courant dans un fil. Exemples : une sonnette filaire, un câble réseau.

4. Signal hertzien — support : une onde radio. Exemples : le Wi-Fi, la 4G, la radio FM, le Bluetooth.

Le petit truc pour ne pas se tromper : demande-toi « avec quoi ça voyage ? ». Ça voyage avec de la lumière ? lumineux. Avec du son ? sonore. Dans un fil ? électrique. Sans fil et invisible ? hertzien.

Un exemple entièrement traité : le feu tricolore

Voici exactement ce qu'on te demandera de faire en contrôle : analyser une situation en quatre lignes.

Situation : tu marches en ville, le feu passe au rouge, une voiture s'arrête.

Étape 1 — Émetteur : le feu de signalisation. C'est lui qui produit le signal.

Étape 2 — Signal : il est lumineux, car le support est la lumière rouge émise par la lampe.

Étape 3 — Récepteur : le conducteur de la voiture, qui voit le feu avec ses yeux.

Étape 4 — Information : « Arrêtez-vous. »

Retiens bien la différence entre les deux dernières notions : la lumière rouge, c'est le signal ; « arrêtez-vous », c'est l'information. Le signal est ce qu'on mesure, l'information est ce qu'on comprend.

Définitions propres et chaîne de communication

Information : le message que l'on souhaite transmettre. C'est quelque chose que l'on comprend : une alerte, un ordre, une donnée, une parole. L'information n'est pas un objet physique, on ne peut pas la peser ni la toucher.

Signal : un phénomène physique (lumière, son, courant électrique, onde radio) qui sert de support pour transporter l'information. Contrairement à l'information, le signal existe physiquement : on peut le voir, l'entendre ou le mesurer avec un appareil.

Émetteur : l'objet, l'appareil ou l'être vivant qui produit le signal.

Récepteur : l'objet, l'appareil ou l'être vivant qui capte le signal et l'interprète, c'est-à-dire qui retrouve l'information à partir du signal.

L'ensemble « émetteur → signal → récepteur » s'appelle une chaîne de communication. Elle fonctionne dans un seul sens : de celui qui parle vers celui qui écoute. Si tu réponds, c'est une nouvelle chaîne, dans l'autre sens, avec les rôles inversés.

Point important : le récepteur doit être capable de capter ce type de signal. Des yeux captent un signal lumineux, des oreilles un signal sonore, une antenne un signal hertzien. Un signal qui n'atteint pas un récepteur adapté ne transmet aucune information.

Les quatre types de signaux, en détail

On classe toujours un signal par son support physique, jamais par l'objet qui l'émet ni par le message transporté.

Signal lumineux. Le support est la lumière. Le récepteur est un oeil ou un capteur de lumière. Exemples du cours : le feu de signalisation, l'éclair, le voyant LED. Un signal lumineux ne se voit que si rien ne bloque le trajet de la lumière.

Signal sonore. Le support est le son. Le récepteur est une oreille ou un microphone. Exemples : la sirène, le klaxon, la sonnette, la voix. Un signal sonore contourne les obstacles bien mieux que la lumière : on entend une sirène avant de voir le camion.

Signal électrique. Le support est le courant qui circule dans un fil. Il faut donc un câble reliant l'émetteur au récepteur. Exemples : la sonnette filaire, le câble réseau. Sans fil, pas de signal électrique.

Signal hertzien. Le support est une onde radio, qui se propage sans fil et sans être vue ni entendue. Exemples : le Wi-Fi, la 4G, la radio FM, le Bluetooth. C'est le type qu'on oublie le plus souvent, justement parce qu'il est invisible.

Astuce de tri en deux questions : « Y a-t-il un fil ? » Si oui, c'est électrique. Sinon : « Est-ce que je le vois, je l'entends, ou ni l'un ni l'autre ? » Je le vois : lumineux. Je l'entends : sonore. Ni l'un ni l'autre : hertzien.

La méthode en quatre étapes, appliquée à un appel téléphonique

Méthode — analyser une chaîne de communication

1. Émetteur : identifier qui ou quoi produit le signal.

2. Type de signal : lumineux, sonore, électrique ou hertzien ?

3. Récepteur : qui ou quoi capte le signal ?

4. Information : formuler le message transmis, si possible entre guillemets.

Applique-la maintenant à l'exemple du cours : tu reçois un appel sur ton portable.

1. Émetteur : l'antenne relais du réseau mobile, celle qui est installée en haut d'un pylône ou d'un immeuble.

2. Type de signal : hertzien. Il n'y a aucun fil entre l'antenne et ton téléphone, et le signal ne se voit ni ne s'entend pendant le trajet : c'est une onde radio, ici de la 4G.

3. Récepteur : le téléphone portable, grâce à son antenne interne.

4. Information : la voix de ton interlocuteur, autrement dit ce qu'il te dit.

Remarque utile pour la suite : ce que tu entends finalement, c'est un son produit par le haut-parleur du téléphone. Le signal hertzien s'arrête au téléphone ; ensuite, un nouveau signal, sonore, va du haut-parleur à ton oreille. Une même situation peut donc contenir plusieurs maillons, chacun avec son type de signal.

Ensemble : la sonnette de la porte d'entrée

Situation : un visiteur appuie sur le bouton de la sonnette ; à l'intérieur de la maison, un carillon retentit et tu vas ouvrir.

Ce que je me demande d'abord : combien de maillons y a-t-il ? Ici, le signal change de nature en cours de route, donc il y en a deux. On les traite l'un après l'autre.

Maillon 1 — du bouton au carillon.

Émetteur : le bouton de la sonnette, actionné par le visiteur.

Signal : électrique. Justification à écrire : l'appui ferme le circuit et un courant circule dans un fil jusqu'au carillon.

Récepteur : le carillon.

Maillon 2 — du carillon à toi.

Émetteur : le carillon, qui est devenu à son tour émetteur.

Signal : sonore. Justification : le carillon produit un son qui se propage dans l'air de la maison.

Récepteur : toi, plus précisément tes oreilles.

Information transmise sur toute la chaîne : « Quelqu'un est à la porte. »

Le point à ne pas rater : l'information est restée la même du début à la fin, alors que le signal, lui, a changé de type. C'est exactement l'erreur classique du cours : croire qu'un signal est toujours d'un seul type. Une sonnette électrique convertit un signal électrique en signal sonore.

Ensemble : la sirène des pompiers

Situation : un camion de pompiers roule toutes sirènes hurlantes ; les automobilistes se rangent sur le côté.

Étape 1, je cherche l'émetteur. Attention au réflexe « c'est le pompier ». Ce qui produit le signal, c'est la sirène du camion. On écrit donc : Émetteur = la sirène du camion de pompiers.

Étape 2, je cherche le support. Y a-t-il un fil entre le camion et les voitures ? Non. Est-ce que je le vois ? Non, ce n'est pas ce qui compte ici. Est-ce que je l'entends ? Oui, très bien. Donc : Signal = sonore, support : le son qui se propage dans l'air.

Étape 3, le récepteur. Récepteur = les automobilistes (leurs oreilles).

Étape 4, l'information. Information = « Un véhicule d'urgence arrive, laissez le passage. »

La remarque qui rapporte des points : pourquoi les pompiers utilisent-ils aussi un gyrophare, donc un signal lumineux ? Parce que les deux signaux ne se captent pas de la même façon : le son se remarque même quand on ne regarde pas dans la bonne direction, la lumière se remarque même quand la vitre est fermée et la musique forte. Deux signaux différents portant la même information, cela augmente les chances que le récepteur la reçoive.

Ensemble : le Wi-Fi de la box à la tablette

Situation : la box Internet du salon envoie une vidéo à la tablette posée sur la table de la cuisine.

Étape 1. Émetteur = la box Internet (plus précisément son antenne Wi-Fi).

Étape 2. Je déroule mes deux questions. Un fil entre la box et la tablette ? Non, la tablette n'est reliée à rien. Je le vois, je l'entends ? Ni l'un ni l'autre. Conclusion : Signal = hertzien, support : une onde radio (le Wi-Fi).

Étape 3. Récepteur = la tablette, grâce à son antenne.

Étape 4. Information = les images et les sons de la vidéo demandée.

Attention au piège fréquent : beaucoup d'élèves répondent « signal lumineux » parce qu'on finit par voir des images à l'écran. Non. Ce qu'on voit sur l'écran, c'est le résultat une fois que la tablette a interprété le signal. Pendant le trajet entre la box et la tablette, le support était une onde radio, donc le signal est hertzien.

Pour aller un cran plus loin : si tu branchais un câble réseau entre la box et un ordinateur, la même information voyagerait cette fois par un signal électrique. Même information, autre support, autre type de signal.

Problème résolu 1 : l'alarme incendie du collège

Énoncé type. Dans un collège, un détecteur de fumée repère un début d'incendie. Il envoie aussitôt une information à la centrale d'alarme, située dans le bureau de la vie scolaire, par un câble. La centrale déclenche alors une sonnerie très forte dans tous les couloirs, et les élèves évacuent. 1) Repérer les deux maillons de la chaîne de communication. 2) Pour chacun, indiquer l'émetteur, le type de signal (en justifiant), le récepteur. 3) Quelle est l'information transmise ?

Résolution — question 1. Le signal change de nature entre le détecteur et les élèves : il y a donc deux maillons, l'un du détecteur à la centrale, l'autre de la centrale aux élèves.

Résolution — question 2, maillon 1.

Émetteur : le détecteur de fumée.

Type de signal : électrique. Justification : l'énoncé précise que le détecteur est relié à la centrale par un câble ; le support est donc un courant qui circule dans un fil.

Récepteur : la centrale d'alarme.

Résolution — question 2, maillon 2.

Émetteur : la centrale d'alarme, qui commande la sonnerie.

Type de signal : sonore. Justification : le support est le son produit par la sonnerie et qui se propage dans l'air des couloirs.

Récepteur : les élèves et les professeurs (leurs oreilles).

Résolution — question 3. L'information transmise est la même sur toute la chaîne : « Il y a un incendie, il faut évacuer le bâtiment. »

Ce que le correcteur attend précisément : que la centrale soit identifiée comme récepteur du maillon 1 puis émetteur du maillon 2. C'est là que se joue la moitié des points.

Problème résolu 2 : le feu piéton sonore

Énoncé type. À un passage piéton, un boîtier émet un signal sonore régulier (« bip-bip ») lorsque le feu piéton passe au vert. 1) Analyser la chaîne de communication. 2) Le feu piéton émet déjà un signal lumineux vert. Pourquoi ajouter un signal sonore ?

Résolution — question 1.

Émetteur : le boîtier sonore installé sur le poteau du feu.

Type de signal : sonore. Justification : le support est un son émis par le haut-parleur du boîtier et transmis par l'air jusqu'au piéton.

Récepteur : le piéton, par ses oreilles.

Information : « Le feu est vert pour les piétons, tu peux traverser. »

Résolution — question 2. Il faut raisonner sur le récepteur. Un signal ne transmet une information que si le récepteur est capable de le capter. Une personne aveugle ou malvoyante ne peut pas capter le signal lumineux vert : pour elle, la chaîne de communication est interrompue. Le signal sonore utilise un autre support, que ses oreilles captent parfaitement. On transmet donc la même information par un second signal, adapté à ce récepteur.

Rédaction modèle pour la question 2 : « Le signal lumineux ne peut pas être capté par une personne malvoyante. En ajoutant un signal sonore, on transmet la même information avec un support différent, que le récepteur est capable de capter. »

Les pièges classiques et ce qui fait perdre des points

Piège 1 — confondre le signal et l'information. C'est l'erreur numéro un du chapitre. La lumière rouge du feu, c'est le signal ; « arrêtez-vous » est l'information. Test rapide : si ta réponse est une phrase qu'on peut comprendre, c'est de l'information ; si c'est de la lumière, du son, du courant ou une onde, c'est un signal.

Piège 2 — oublier les signaux hertziens. Comme ils sont invisibles et inaudibles, on n'y pense pas. Pourtant, ils sont partout : Wi-Fi, 4G, radio FM, Bluetooth. Dès qu'il n'y a ni fil, ni lumière visible, ni son, pense hertzien.

Piège 3 — croire qu'un signal est toujours d'un seul type. Beaucoup d'objets convertissent un signal en un autre : une sonnette électrique transforme un signal électrique en signal sonore ; un téléphone transforme un signal hertzien en signal sonore. Quand la situation contient un appareil au milieu, cherche s'il y a deux maillons.

Piège 4 — désigner un être humain comme émetteur alors qu'il n'émet rien. Le visiteur qui appuie sur la sonnette n'est pas l'émetteur du signal électrique : il actionne le bouton, et c'est le circuit de la sonnette qui produit le signal.

Piège 5 — répondre sans justifier. Écrire « signal hertzien » ne vaut souvent que la moitié des points. Ajoute systématiquement une courte justification par le support : « car il n'y a aucun fil et l'information voyage par une onde radio ».

Le réflexe de rédaction qui rassure le correcteur : quatre lignes étiquetées, toujours dans le même ordre — Émetteur / Signal (+ justification) / Récepteur / Information entre guillemets. C'est court, c'est clair, et rien n'est oublié.

Tous les signaux ne vont pas à la même vitesse

Une question naturelle : puisqu'un signal est un phénomène physique, il met un certain temps à parcourir la distance qui sépare l'émetteur du récepteur. Ce temps dépend du type de signal.

L'expérience la plus simple, tu l'as déjà faite sans le vouloir : pendant un orage, l'éclair et le tonnerre sont produits au même instant par le même phénomène. Pourtant tu vois toujours l'éclair d'abord, et tu entends le tonnerre quelques secondes plus tard.

L'explication : le signal lumineux se propage énormément plus vite que le signal sonore. C'est pour cette raison que, plus l'orage est loin, plus le décalage entre l'éclair et le tonnerre est grand.

Au cycle 4, tu apprendras les valeurs exactes de ces vitesses et tu les utiliseras avec la relation vue en mouvement, $v = \dfrac{d}{t}$, pour calculer par exemple à quelle distance se trouve l'orage. Tu verras aussi que les signaux hertziens se propagent à la même vitesse que la lumière : c'est pourquoi un appel vers l'autre bout de la France paraît instantané.

À retenir dès maintenant : un signal met toujours un temps non nul à voyager, et ce temps dépend du support.

Comment une information devient une suite de 0 et de 1

Comment un signal, qui n'est que de la lumière ou du courant, peut-il transporter une phrase, une photo, une chanson ? Grâce à une idée simple : on code l'information.

Le codage le plus élémentaire, tu le connais déjà : le feu tricolore. Trois états possibles de la lumière (rouge, orange, vert), trois informations différentes. Il a fallu se mettre d'accord à l'avance sur ce que signifie chaque état, sinon le récepteur ne comprend rien.

Les appareils numériques poussent cette idée à l'extrême : ils n'utilisent que deux états, notés $0$ et $1$. Courant qui passe ou qui ne passe pas, lumière allumée ou éteinte. En mettant bout à bout des milliers de ces deux symboles, on peut coder une lettre, puis un texte, puis une image, puis une vidéo entière.

C'est ce qu'on appelle un signal numérique, par opposition au signal analogique, qui varie de façon continue. Tu retrouveras cette distinction en cycle 4 et surtout en technologie et en informatique.

L'idée profonde du chapitre reste la même : l'information a besoin d'un support, et émetteur et récepteur doivent partager le même code pour se comprendre. C'est exactement ce qui se passe entre deux personnes qui parlent la même langue.

Les liens avec le reste du programme

Avec la lumière et le son. Étudier les signaux lumineux et sonores mène directement aux chapitres sur la propagation de la lumière (elle voyage en ligne droite, elle est arrêtée par un obstacle opaque) et sur le son (il a besoin d'un milieu matériel pour se propager, il contourne les obstacles). Tu comprendras alors pourquoi tel signal est plus adapté que tel autre à telle situation.

Avec l'électricité. Le signal électrique suppose un circuit fermé. Tout ce que tu apprendras sur les circuits, les interrupteurs et les conducteurs sert à comprendre comment un signal électrique se fabrique et se coupe.

Avec la technologie et la programmation. La chaîne « capteur → programme → actionneur » d'un objet connecté est la chaîne de communication de ce chapitre, avec des maillons en plus : un capteur reçoit un signal du monde extérieur (lumière, température, mouvement), le convertit en signal électrique, un programme l'interprète, puis un actionneur émet un nouveau signal (sonore, lumineux, mécanique). Un détecteur de mouvement qui allume une lampe, c'est exactement cela.

Une justification à garder en tête. Pourquoi l'information ne peut-elle pas voyager sans support ? Parce que transmettre, c'est provoquer un changement à distance : le récepteur ne peut réagir que s'il reçoit quelque chose de physique. La lumière, le son, le courant, les ondes radio sont les quatre moyens que nous savons utiliser pour cela. C'est toute la raison d'être du mot signal.