Numérique vs Analogique
Deux façons de représenter le monde
La nature est analogique : la température grimpe progressivement, une voix monte et descend en continu, la lumière varie en intensité de façon fluide. Un signal analogique peut prendre une infinité de valeurs entre deux points.
Un signal numérique, lui, ne connaît que deux états : 0 ou 1, bas ou haut, faux ou vrai. C'est une suite de tranches discrètes, sans valeur intermédiaire.
Signal analogique (courbe continue) vs signal numérique (créneaux 0/1)
Pourquoi le numérique a tout envahi
Le signal numérique présente des avantages considérables sur l'analogique :
- Immunité au bruit : un signal légèrement perturbé reste 0 ou 1. Un signal analogique bruité est dégradé.
- Reproduction parfaite : copier un fichier numérique donne un résultat identique à l'original. Une cassette audio se dégrade à chaque copie.
- Stockage et traitement : les 0 et 1 se stockent sur n'importe quel support magnétique, optique ou flash.
- Compression : les algorithmes numériques permettent de réduire drastiquement la taille des données (MP3, JPEG, H.264…).
Le bit : l'atome de l'information
La plus petite unité d'information numérique est le bit (contraction de Binary digIT). Un bit ne peut valoir que 0 ou 1.
Mais un seul bit ne représente pas grand-chose. On les regroupe :
| Unité | Nombre de bits | Valeurs possibles |
|---|---|---|
| 1 bit | 1 | 2 (0 ou 1) |
| 1 nibble | 4 | 16 (0 à 15) |
| 1 octet (byte) | 8 | 256 (0 à 255) |
| 1 kilooctet | 1 024 octets | — |
| 1 mégaoctet | 1 048 576 octets | — |
Exemple concret : le son numérique
Quand on enregistre un CD audio, le microphone capte un signal analogique (les variations de pression de l'air). Pour le numériser, on applique deux paramètres :
- Fréquence d'échantillonnage : 44 100 mesures par seconde (44,1 kHz). D'après le théorème de Nyquist, cela permet de reproduire fidèlement les sons jusqu'à 22 050 Hz — au-delà de ce que l'oreille humaine perçoit.
- Profondeur de bits : 16 bits par échantillon = 65 536 niveaux d'amplitude possibles. L'oreille ne perçoit pas la différence avec l'analogique.
Résultat : 44 100 × 16 bits × 2 canaux (stéréo) = environ 1,4 Mbit/s. Un CD de 74 minutes contient environ 650 Mo de données audio brutes.
Niveaux logiques
En électronique numérique, on travaille avec des tensions. Par convention, une plage de tension correspond à l'état logique 0 (bas) et une autre à l'état logique 1 (haut). Pour un circuit alimenté en 5 V (logique TTL) :
| État logique | Tension typique | Plage acceptée |
|---|---|---|
| 0 (LOW) | 0 V | 0 V à 0,8 V |
| 1 (HIGH) | 5 V | 2 V à 5 V |
| Zone interdite | — | 0,8 V à 2 V |
C'est cette plage (et non une valeur exacte) qui rend le numérique si robuste au bruit.
- Analogique : signal continu, infinité de valeurs, sensible au bruit.
- Numérique : signal discret, uniquement 0 ou 1, robuste au bruit.
- Bit : unité d'information de base. 8 bits = 1 octet.
- Le numérique domine car il permet stockage parfait, copie sans perte et traitement algorithmique.
- Un niveau logique correspond à une plage de tension, pas une valeur exacte.