De l’analogique au numérique

En une phrase

Le microcontrôleur d'un objet ne comprend que des nombres. Pour qu'il puisse se servir d'une grandeur du monde réel, il faut deux étapes : un capteur mesure cette grandeur et en fait un signal, puis ce signal est numérisé, c'est-à-dire transformé en nombres. C'est le pont entre le monde réel et l'objet.

Comprendre

Une grandeur analogique, comme la température ou la lumière, varie de façon continue dans le monde réel. Mais le microcontrôleur, le petit cerveau électronique qui fait fonctionner l'objet technique, ne sait traiter qu'une seule chose : des données numériques, c'est-à-dire des nombres. Il ne peut pas manipuler directement une variation continue.

Il faut donc construire un pont entre les deux mondes, et ce pont s'appelle la numérisation. Elle se fait en deux temps. Premier temps : un capteur (de température, de lumière, de distance...) mesure la grandeur analogique présente dans l'environnement et la transforme en un signal qui varie comme elle.

Deuxième temps : ce signal est numérisé, c'est-à-dire converti en nombres exploitables par l'objet. On relève la valeur du signal et on la transforme en une valeur chiffrée que le programme peut lire, comparer ou afficher. Par exemple, un thermomètre connecté mesure la température de l'air (grandeur analogique continue) ; ce signal est numérisé et devient le nombre « 21 » affiché à l'écran et envoyé à une application.

C'est exactement le passage de l'analogique au numérique : du monde réel continu (la chaleur de l'air) vers des données discrètes (le nombre 21). Sans cette conversion, l'objet ne pourrait ni afficher la mesure, ni la comparer à un seuil, ni la transmettre. Retenir l'idée : le monde réel est analogique et continu, le microcontrôleur est numérique et travaille avec des nombres ; la numérisation est l'étape qui relie les deux et qui rend l'information utilisable par l'objet technique.

Le cours

Dans le monde réel, l'information se présente sous forme de grandeurs analogiques : la température, la lumière, le son, la distance varient de façon continue. Or le microcontrôleur, qui traite l'information dans un objet technique, ne comprend que des données numériques, c'est-à-dire des nombres (au plus bas niveau, des suites de 0 et de 1). Il ne peut pas travailler directement avec une grandeur continue.

Pour exploiter une grandeur analogique, l'objet doit donc la transformer en nombres : c'est le passage de l'analogique au numérique, appelé numérisation. Ce passage se fait toujours en deux temps. Premier temps : un capteur mesure la grandeur analogique dans l'environnement et la transforme en un signal électrique qui varie comme la grandeur.

Deuxième temps : ce signal est numérisé. On prélève sa valeur, à intervalles réguliers, et on la convertit en un nombre. On obtient alors une donnée numérique exploitable, que le microcontrôleur peut lire, comparer à un seuil, afficher ou enregistrer.

Prenons un détecteur de luminosité qui commande un éclairage automatique : la lumière ambiante est une grandeur analogique, qui varie en continu du jour à la nuit ; le capteur produit un signal, qui est ensuite numérisé en un nombre (par exemple une valeur de 0 à 1000). Le microcontrôleur lit ce nombre et décide : « si la valeur est inférieure à 200, alors allume la lampe. » C'est bien la donnée numérique, issue de la grandeur analogique, qui permet la décision. On comprend ainsi pourquoi cette conversion est indispensable : c'est elle qui fait le pont entre le monde physique, réel et continu, et le monde de l'objet, qui ne fonctionne qu'avec des nombres.

Sans la numérisation, l'objet technique ne pourrait ni mesurer son environnement, ni réagir, ni communiquer une information.

Les erreurs fréquentes

Penser que le microcontrôleur peut utiliser directement la grandeur analogique mesurée dans l'environnement.

Le microcontrôleur ne traite que des données numériques (des nombres). La grandeur analogique, continue, doit d'abord être mesurée par un capteur puis numérisée pour devenir exploitable.

Croire que numériser, c'est seulement « brancher » le capteur, sans transformation.

Numériser, c'est convertir le signal du capteur en nombres. Il y a deux étapes : d'abord la mesure par le capteur (qui donne un signal), puis la conversion de ce signal en données numériques.

Tu maîtrises la notion si…

• Identifier que le microcontrôleur ne traite que des données numériques, c'est-à-dire des nombres.
• Expliquer les deux temps du passage de l'analogique au numérique : mesure par un capteur, puis numérisation du signal en nombres.
• Relier une grandeur analogique du monde réel aux données numériques exploitables par l'objet, en présentant la numérisation comme le pont entre les deux.

Vérifie que tu as compris

1. Pourquoi faut-il numériser une grandeur analogique ?

   Réponse Parce que le microcontrôleur ne sait traiter que des données numériques (des nombres)

   Un microcontrôleur ne manipule que des nombres. La grandeur analogique mesurée par le capteur doit donc être convertie en données numériques pour être traitée. (Ouverture : l'association des grandeurs analogiques à des données exploitables est un repère de 3ᵉ ; on le prépare ici.)

2. Dans quel ordre se fait le passage de l'analogique au numérique ?

   Réponse Le capteur mesure la grandeur, puis elle est numérisée en nombres

   D'abord le capteur transforme la grandeur analogique en signal, ensuite ce signal est numérisé en données (nombres) exploitables par le microcontrôleur. (Ouverture : le passage de l'analogique aux données exploitables est un repère de 3ᵉ ; on le prépare ici.)