Activité 3 : Propagation libre ou guidée

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1 Activité 3 : Propagation libre ou guidée Objectifs : Identifier les éléments d une chaîne de transmission d informations Exploiter des informations pour comparer les différents types de transmission Évaluer l affaiblissement d un signal à l aide du coefficient d atténuation Mettre en œuvre un dispositif de transmission de données (câble, fibre optique) Durant un déplacement, il est possible de créer un point d accès Wi-Fi avec un smartphone afin d utiliser sa connexion internet 4G sur un ordinateur. Pour éviter la baisse rapide du niveau de la batterie du téléphone, il est conseillé de partager la connexion 4G via un câble USB plutôt que par Wi-Fi afin de diminuer la consommation électrique de la batterie. Document 1 : Montage illustrant la propagation libre d un signal hertzien Une des bornes d un long fil de connexion est branché un générateur délivrant un signal sinusoïdal de fréquence voisine de 100 khz. Ce signal électrique est observé sur une voie de l oscilloscope. Un autre long fil de connexion est placé un peu plus loin et est relié à l autre voie de l oscilloscope. Les deux bornes libres des fils ne sont pas reliées entre elles. Document 2 : Matériel disponible Un GBF Des fils Un oscilloscope Document 3 : Coefficient d atténuation L atténuation d un signal se propageant dans un câble une fibre optique ou dans l air dépend de la distance que parcourt le signal et du type de support (fibre, câble ). L atténuation se mesure grâce à la formule suivante : 10.log est la tension maximale du signal d entrée est la tension maximale du signal de sortie A s exprime en décibel (db) 1

2 1 / Réaliser le montage du document 1 puis observer les signaux d entrée et de sortie. REA 2 / Compléter la chaine de transmission ci-dessous pour le système sans fil : ANA GBF Antenne Air : ondes EM Antenne Oscillo 2 / Si l on ne change pas le signal émis, quel paramètre peut avoir un effet sur le signal reçu lors d une transmission sans fil? Lors d une transmission par fil? ANA La distance entre les deux fils émetteur et récepteur de la propagation libre, ou la longueur du câble électrique utilisé pour la propagation guidée peuvent avoir un effet sur le signal reçu. 3 / Proposer un protocole expérimental permettant de comparer la propagation libre d un signal dans l air à la propagation guidée dans un câble électrique. ANA Réaliser le montage du document 2 (propagation libre) en plaçant les fils émetteur et récepteur à une distance d = 1 cm l un de l autre. Régler le générateur pour que le signal émis possède une fréquence 100 et une tension maximale 6. Sur l oscilloscope, comparer les signaux émis et reçu. Faire varier la distance entre les deux fils en prenant d = 10 cm, et noter les changements des signaux affichés sur l oscilloscope. Modifier le montage en plaçant un fil de connexion de longueur l = 50 cm entre les deux bornes libres des deux fils émetteur et récepteur. Sur l oscilloscope, comparer les signaux émis et reçu. Remplacer le fil de connexion utilisé par un fil de longueur l = 2 m et noter les changements des signaux affichés sur l oscilloscope. 4 / Comment faire pour que le signal reçu en propagation libre ait une tension maximale plus grande sans changer la distance de la propagation? VAL Le signal reçu peut avoir une tension maximale plus importante en augmentant la tension maximale et donc la puissance du signal émis. 5 / Expliquer pourquoi la consommation électrique d un smartphone est plus élevée lorsqu on utilise le Wi-Fi plutôt qu un câble. VAL L utilisation du Wi-Fi correspond à une propagation libre du signal issu du smartphone (émetteur), pour laquelle le phénomène d affaiblissement est plus important que pour la propagation guidée dans un câble USB par exemple. Pour que le signal soit tout de même détectable par l ordinateur (récepteur), le smartphone doit émettre un signal d une puissance plus grande que dans le cas d une connexion USB. La consommation électrique du smartphone est donc plus importante. 2

3 Niveaux de réussite Exemples d indicateurs de réussite A B C D Une modification du montage est proposée afin d étudier une propagation guidée du signal. Analyser L influence de la distance sur l allure du signal reçu est prise en compte. Proposer protocole comparant les propagations libre et guidée ainsi que l influence de la distance est donné. Compléter la chaine de transmission Réaliser Valider Le montage est correctement réalisé, et les observations des signaux dans plusieurs configurations sont réalisées. Des mesures précises des tensions maximales sont effectuées. L ordre de grandeur de l atténuation pour la propagation libre est correctement estimé. Le lien avec la consommation électrique du smartphone est précisé. 3

4 Activité 4 : Codage d une image Objectifs : Associer un tableau de nombres à une image numérique Lorsqu une image numérique est affichée sur un écran, les LED rouge, vert et bleue composant chaque pixel émettent une lumière qui permet à l œil de reconstruire l image par une synthèse des couleurs. Comment est codée, dans le fichier source de l image, l information transmise à chaque LED. Document 1 : Vocabulaire Une image numérique est affichée sur un écran constitué d un nombre de points colorés appelés pixels. Le mot pixel provient de «picture element qui signifie en anglais élément d image. Ces pixels sont disposés suivant un quadrillage constitué de m lignes et n colonnes. Définition : la définition d une image est le nombre de pixels qui constituent cette image : elle est donc égale à n x m pixels Résolution : Selon si il s agit d une image imprimée ou d une image affichée sur un écran on définit différemment sa résolution : Pour une impression, la résolution d une image s exprime en ppp (point par pouce) ou dpi ( dots per inch) Pour l affichage sur un écran la résolution s exprime en ppp ( pixels par pouce) ou ppi (pixels per inch). Un pouce (inch) est égal à 2,54 cm. Document 2 : Au cœur de l image Pour observer le code couleur d un pixel dans le logiciel Paint il faut : Cliquer sur l icône «sélecteur de couleurs» puis sur un pixel coloré. Cliquer sur l onglet «modifier les couleurs» Apparaît alors sur l écran, la fenêtre suivante : 4

5 Document 3 : Niveau de gris Désirant maintenant donner un effet rétro à leur photo, les deux lycéens veulent afficher leur photo en noir et blanc en utilisant des niveaux de gris. Dans un premier temps, sur le logiciel de traitement d images, ils créent différentes teintes de gris pour comprendre comment le gris peutêtre obtenu. Ils obtiennent alors les résultats suivants : Codage (R,V,B) couleur obtenue (50,50,50) gris foncé (128,128,128) gris moyen (210,210,210) gris clair 1 / Cliquer droit avec la souris sur l image «numérique.bmp» et cliquer sur propriétés. Dans l onglet général noter la taille de l image en octets (sur la ligne taille) Taille : octets Dans l onglet détails noter : Largeur (en pixel) : 1688 Hauteur (en pixel) : 1055 Donner la définition de l image : la définition d une image est le nombre de pixels qui constituent cette image, elle est donc égale à n x m pixels : / Calculer en octet puis en bit la taille en mémoire d un pixel. D après la question 1 on sait que l image comporte octets et a une taille de octets Un pixel a donc une taille en octet de :!! 3 #$%&%'. 3 / A l aide du document 2 dire à partir de quelles couleurs les couleurs des images numériques sontelles codées? En déduire la synthèse des couleurs mise en jeu. Les couleurs mises en jeu sont le rouge, le vert et le bleu. 4 / Compléter le schéma ci-contre correspondant à la superposition de faisceaux rouge, vert et bleu de même intensité lumineuse : Cyan Blanc 5 / A quoi correspondent, pour le rouge, les valeurs 0 et 255? Le niveau d intensité de couleur. 0 Etant l absence de rouge. Magenta Jaune 5

6 6 / Avec le codage utilisé par le logiciel de traitement d images, combien de couleurs est-il possible d obtenir? Pour chaque couleur on a 256 niveaux d intensité possible, de 0 à 255 en effet 3 octets sont utilisés pour chaque pixel donc 1 octet pour chaque couleur ce qui nous donne 8 bits pour chaque couleur donc 256 valeurs possibles. De plus, on a trois couleurs ce qui nous donne donc : (256 possibilités pour chaque couleur) 7 / Compléter le tableau suivant : $#)*&)+',#''-.*&' Codage (R,V,B) Couleur obtenue (255,255,255) Blanc (255,0,0) Rouge (0,255,0) Vert (0,0,255) Bleu (255,255,0) Jaune (255,0,255) Magenta (0,255,255) Cyan (0,0,0) Noir 8 / A partir des résultats précédents, indiquer à quelle condition on peut obtenir du gris. Ce résultat est-il en accord avec le codage du blanc et du noir? On obtient du gris lorsque le niveau d intensité des 3 couleurs primaires est identique comme on peut l observer dans le document 3. Ce résultat est en accord avec le codage du blanc et du noir puisque pour obtenir ces couleurs il faut que les 3 couleurs primaires est la même intensité (0 ;0 ;0) ou (255;255;255) 6

7 Document 4 : Quelques images 7

8 Document 5 : Tableau de codage couleurs (R,V et B) Tableau 1 ( 0, 0, 0 ) ( 0, 0, 0 ) ( 0, 0, 0 ) ( 0, 0, 0 ) ( 0, 0, 0 ) ( 0, 0, 0 ) ( 0, 0, 0 ) ( 0, 0, 0 ) ( 0, 0, 0 ) ( 0, 0, 0 ) ( 50, 50, 50 ) ( 0, 0, 0 ) ( 0, 0, 0 ) ( 0, 0, 0 ) ( 0, 0, 0 ) (183,183, 183) ( 58, 58, 58 ) ( 0, 0, 0 ) ( 0, 0, 0 ) ( 0, 0, 0 ) (155,155, 155) (164,164, 164) (58, 58, 58 ) ( 0, 0, 0 ) ( 0, 0, 0 ) (139,139, 139) (164,164, 164) (171,171, 171) ( 60, 60, 60 ) ( 0, 0, 0 ) (165,165, 165) (153,153, 153) (164,164, 164) (166,166, 166) ( 60, 60, 60 ) (150,150, 150) (176,176, 176) (146,146, 146) (160,160, 160) (175,175, 175) (169,169, 169) (111,111, 111) (146,146, 146) (168,168, 168) (147,147, 147) (145,145, 145) (125,125, 125) (130,130, 130) (148,148, 148) (165,165, 165) Tableau 2 ( 48, 123, 30 ) ( 46, 122, 24 ) ( 43, 118, 17 ) ( 33, 108, 7 ) ( 37, 111, 12 ) ( 44, 119, 28 ) ( 41, 115, 20 ) ( 33, 105, 6 ) ( 27, 99, 0 ) ( 24, 109, 4 ) ( 52, 126, 37 ) ( 45, 118, 26 ) ( 27, 97, 0 ) ( 23, 95, 0 ) ( 40, 113, 6 ) ( 51, 125, 36 ) ( 32, 105, 13 ) ( 23, 93, 0 ) ( 38, 110, 10 ) ( 55, 128, 23 ) ( 45, 119, 30 ) ( 25, 98, 6 ) ( 29, 100, 4 ) ( 49, 121, 22 ) ( 56, 128, 26 ) ( 47, 121, 32 ) ( 43, 116, 24 ) ( 45, 116, 22 ) ( 44, 117, 17 ) ( 42, 114, 14 ) ( 59, 135, 45 ) ( 67, 142, 49 ) ( 60, 134, 39 ) ( 51, 122, 26 ) ( 42, 114, 15 ) ( 63, 139, 48 ) ( 71, 146, 53 ) ( 64, 138, 43 ) ( 57, 131, 34 ) ( 51, 125, 28 ) ( 50, 126, 35 ) ( 54, 131, 37 ) ( 54, 129, 34 ) ( 50, 124, 27 ) ( 50, 124, 27 ) ( 45, 121, 30 ) ( 39, 116, 22 ) ( 47, 122, 27 ) ( 45, 120, 25 ) ( 39, 114, 12 ) Tableau 3 ( 223, 98, 0 ) ( 218, 90, 0 ) ( 210, 80, 0 ) ( 200, 70, 0 ) ( 188, 60, 0 ) ( 235, 101, 6 ) ( 228, 90, 2 ) ( 217, 77, 0 ) ( 203, 64, 0 ) ( 189, 53, 0 ) ( 223, 94, 9 ) ( 227, 84, 6 ) ( 215, 73, 1 ) ( 202, 59, 0 ) ( 188, 48, 0 ) ( 231, 95, 9 ) ( 226, 85, 13 ) ( 216, 74, 10 ) ( 203, 63, 0 ) ( 206, 63, 10 ) ( 241,102, 35 ) ( 232, 90, 26 ) ( 219, 76, 18 ) ( 201, 60, 14 ) ( 185, 47, 08 ) ( 233, 87, 30 ) ( 219, 69, 16 ) ( 204, 56, 8 ) ( 195, 47, 7 ) ( 187, 41, 11 ) ( 215, 59, 11 ) ( 201, 43, 0 ) ( 188, 31, 0 ) ( 180, 23, 0 ) ( 172, 18, 0 ) ( 211, 41, 5 ) ( 199, 27, 0 ) ( 190, 17, 0 ) ( 181, 11, 0 ) ( 173, 6, 0 ) ( 217, 40, 9 ) ( 204, 24, 0 ) ( 197, 17, 0 ) ( 190, 13, 0 ) ( 179, 7, 0 ) ( 215, 37, 11 ) ( 202, 22, 0 ) ( 197, 18, 0 ) ( 189, 14, 0 ) ( 177, 5, 0 ) 9 / Etes-vous capables d associer une image numérique du document 4 à un tableau de nombres donnant le codage RVB de chaque pixel du document 5? Pour vous faciliter la tâche, vous n étudierez pas la totalité de l image numérique car le nombre de pixels est trop important mais seulement la partie à l intérieur de l encadré blanc. Bien évidemment, les tableaux de nombres sont donnés dans le sens de l image, c'est-à-dire le premier codage correspond au pixel placé en haut à gauche de la partie de l image étudiée. Relever le défi en justifiant votre réponse. ANA 8

9 Dans la partie encadrée de l image 1 la couleur dominante est le rouge. Le code étant donnée dans l ordre rouge vert puis bleu, l intensité de la première couleur doit donc être la plus importante. C est ce que l on observe dans le tableau 3 du document 5. Dans la partie encadrée de l image 2 la couleur dominante est le noir. Le code étant donnée dans l ordre rouge vert puis bleu, l intensité des trois couleurs doit donc être très proche de 0. C est ce que l on observe dans le tableau 1 du document 5. Dans la partie encadrée de l image 1 la couleur dominante est le vert. Le code étant donnée dans l ordre rouge vert puis bleu, l intensité de la seconde couleur doit donc être la plus importante. C est ce que l on observe dans le tableau 2 du document 5. 9