TPE - Comment la fibre optique permet-elle la transmission  d’informations ?

Depuis la nuit des temps, l’être humain invente de nouveaux moyens de communication permettant de transmettre plus d’informations et cela plus rapidement. Et contrairement à ce que l’on pourrait penser, le principe de la fibre optique remonte à des époques bien antérieures à Internet.

 

            En effet, il semble que déjà à l’époque des Grecs anciens le phénomène permettant de transporter de la lumière dans du verre était connu. Mais il n’était utilisé qu’à des fins décoratives, ce qui fut aussi le cas pour les artisans vénitiens lors de la Renaissance. Le phénomène ne connaît pas d’avancées majeures jusqu’en 1637, date à laquelle Descartes publie ses travaux décrivant le comportement de la lumière à l’interface de deux milieux. Par ailleurs, Snell est supposé avoir fait des découvertes semblables dans ce domaine et cela fut mis en avant et publié plus tard par Huygens plus tard. Dès lors, on parle de loi Snell-Descartes pour la réflexion et la réfraction. Cependant, il se trouve que le mathématiciens arabe Ibn Sahl aurait déjà fait ces découvertes plus de six siècles avant, publiées dans un traité ne mentionnant pourtant pas de trace expérimentale ! 

 

            Puis, c’est en 1840 que deux physiciens, Colladon et Babinet firent la première démonstration scientifique des lois du principe de réflexion totale. Pour cela, ils utilisèrent de l’eau coulant d’un trou de réservoir afin de guider la lumière. Cette expérience sera répétée par la suite devant la Royal Society de Londres. La première utilisation de la lumière pour transporter des informations, le photophone, est due à Graham Bell mais il ne fut pas vraiment utilisé étant donné ses piètres performances lors des intempéries.

 

            Enfin, la première invention réellement utilisable de la fibre optique apparut dans les années 50 par Van Heel et Harold Hopkins : il s’agit du fibroscope notamment utilisé en médecine (endoscopie) pour scruter l’intérieur du corps humain. Cependant, du fait de la mauvaise qualité de la fibre utilisée, cela ne permettait pas de parcourir d’importantes distances. C’est l’invention du laser en 1960 qui permettra à la fibre optique de tenir le rôle de transmetteur de données. En effet, la lumière pouvait ainsi se déplacer sans trop de perte étant donné la concentration de la lumière et son intensité. Le laser sera amélioré au fil du temps afin d’augmenter sa durée de vie, son intensité lumineuse, de résister aux vibrations et surtout de réduire son coût énergétique et financier.

 

            Pour pouvoir transporter des informations numériques sur de longues distances grâce à la lumière, il fallait également trouver un moyen de guider cette lumière dans un milieu sans pour autant en perdre, de manière à pouvoir réceptionner une information identique à celle envoyée. D’où l’invention de la fibre optique telle que nous la connaissons actuellement et que nous allons, entre autres, évoquer dans cette production. Nous n’allons cependant pas nous intéresser aux rôles de la fibre optique dans les domaines médicaux ou décoratifs mais uniquement dans le domaine de la transmission de données.

 

De nos jours, d’énormes quantités d’informations traversent l’Atlantique (sur plus de 5 000 km) via la fibre optique. Par ailleurs, de plus en plus de foyers français possède la fibre avec un débit d’information qui devient ainsi plus élevé. C’est cette omniprésence de la fibre optique, son importance et son actualité qui rend le sujet intéressant à développer. Nous nous sommes donc penchés, nos matières étant la physique-chimie et les mathématiques, sur la problématique suivante :