Cette publication est accessible gratuitement
Lire

Définition de : ANALOGIQUE /NUMÉRIQUE

De
6 pages
Article publié par Encyclopaedia Universalis ANALOGIQUE /NUMÉRIQUE Comment s'effectuaient les calculs avant l'invention de l'ordinateur ? La première approche a été numérique, c'est-à-dire fondée sur la manipulation de nombres, « à la main » ou à l'aide de tables de logarithmes (1617, Neper), de machines à roues dentées pour additionner (1645, Pascal) et pour multiplier ou diviser (1671, Leibniz). C'est avec de tels moyens qu'ont été e résolues, au xix siècle, les équations différentielles de la mécanique avec des applications telles que la prédiction, par Urbain Le Verrier, de l'existence de Neptune (1846) ou l'établissement de tables balistiques. Le calcul analogique Plus tard apparaît une seconde approche, dite analogique, qui permet d'étudier ou de commander les très nombreux systèmes physiques régis par des équations différentielles. L'inconnue est une fonction, l'équation exprimant une relation entre cette fonction et ses dérivées. L'approche analogique consiste à substituer au phénomène physique un autre phénomène gouverné par la même équation différentielle et accessible à la mesure. Dès la fin du e xix siècle, des problèmes de mécanique ont ainsi été résolus grâce à une analogie avec un système électrique : à une position variant continûment dans le premier système correspond une tension mesurée en permanence dans le second. Les analogues de la vitesse et de l'accélération sont l'intensité et sa dérivée temporelle.
Voir plus Voir moins
ANALOGIQUE /NUMÉRIQUE

Comment s'effectuaient les calculs avant l'invention de l'ordinateur ? La première approche a été numérique, c'est-à-dire fondée sur la manipulation de nombres, « à la main » ou à l'aide de tables de logarithmes (1617, Neper), de machines à roues dentées pour additionner (1645, Pascal) et pour multiplier ou diviser (1671, Leibniz). C'est avec de tels moyens qu'ont été résolues, au xixe siècle, les équations différentielles de la mécanique avec des applications telles que la prédiction, par Urbain Le Verrier, de l'existence de Neptune (1846) ou l'établissement de tables balistiques.

Le calcul analogique

Plus tard apparaît une seconde approche, dite analogique, qui permet d'étudier ou de commander les très nombreux systèmes physiques régis par des équations différentielles. L'inconnue est une fonction, l'équation exprimant une relation entre cette fonction et ses dérivées. L'approche analogique consiste à substituer au phénomène physique un autre phénomène gouverné par la même équation différentielle et accessible à la mesure. Dès la fin du xixe siècle, des problèmes de mécanique ont ainsi été résolus grâce à une analogie avec un système électrique : à une position variant continûment dans le premier système correspond une tension mesurée en permanence dans le second. Les analogues de la vitesse et de l'accélération sont l'intensité et sa dérivée temporelle. D'autres domaines de la physique ont fourni des analogies exploitables pour des calculs spécialisés, en particulier la mécanique des engrenages. En assemblant judicieusement des planimètres (pour intégrer), des cames tridimensionnelles (pour multiplier), des cames planes (pour des fonctions d'une variable) ou encore des engrenages différentiels (pour soustraire), on a réalisé des calculateurs de tir pour l'artillerie de marine qui identifiaient la position et la vitesse relatives de l'adversaire et calculaient la trajectoire des obus. Parvenus à leur apogée, vers 1940, les calculateurs analogiques mécaniques ont ensuite été soumis à la concurrence des calculateurs analogiques électroniques, plus facilement adaptables à des problèmes variés.

Un calculateur analogique électronique se compose de fonctions élémentaires – sommation, multiplication par une constante, intégration, dérivation – construites autour d'un amplificateur opérationnel dont la qualité dicte la précision du calculateur. Un panneau de câblage, comparable à celui des centraux téléphoniques manuels, permet de spécifier un système en connectant de manière ad hoc les éléments constitutifs. Les résultats sont des tensions, mesurables à l'aide d'un voltmètre. Ces calculateurs analogiques ont eu leur période de gloire dans les années 1950 et 1960 où ils ont été employés dans des bureaux d'études ou en versions embarquées (y compris à bord de la capsule Apollo). Des ordinateurs existaient à l'époque, mais ils étaient trop encombrants ou trop chers pour les applications visées. Avec les progrès de l'électronique, ces défauts ont rapidement disparus. Par leur souplesse d'emploi, leur capacité de mémoire considérable et la grande variété des applications possibles, les ordinateurs se sont imposés et avec eux l'approche numérique. Que les nombres soient représentés en binaire ou en décimal est secondaire ; la précision, liée au nombre de chiffres, est illimitée.

La compétition entre ces moyens de calcul a eu pour conséquence que le sens originel d'analogique a glissé et que ce terme est devenu l'antonyme de numérique (comme continu s'oppose à discret). Le succès de l'affichage numérique a démodé l'affichage analogique (à aiguilles) et, par la puissance de la publicité, il a introduit un anglicisme, digital, qui fait totalement double emploi avec numérique.

Vers le tout numérique

L'utilisation des ordinateurs ne se limite pas au calcul. De plus en plus, ils servent pour traiter et stocker de l'information. Une chaîne de traitement numérique commence par des capteurs (manomètres, cinémomètres ou encore microphones, caméras, etc.) qui convertissent des grandeurs physiques en signaux numériques. En sortie de la chaîne, des convertisseurs numérique-analogique génèrent en continu des commandes pour des effecteurs ou des signaux auxquels réagissent les sens : ondes sonores, lumière. Entre les deux, les données sont traitées sous forme numérique et peuvent, par exemple, circuler sur des réseaux.

De ce point de vue, l'évolution récente de l'automobile est exemplaire. L'automatisation par des mécanismes analogiques n'a jamais concerné que quelques organes isolés (l'injection, par exemple). Depuis que l'agressivité de l'environnement (température élevée ou trop basse, vibrations, poussières, etc.) a été surmontée, quelques dizaines de microprocesseurs, reliés par plusieurs réseaux, mettent en œuvre des automatismes sophistiqués (par exemple pour améliorer la tenue de route et le freinage) tout en réduisant la longueur totale du câblage qui avait atteint plusieurs kilomètres.

Dans le domaine de l'audiovisuel, la numérisation a pour effet d'uniformiser toutes les données informatiques (texte, voix, son, images fixes ou animées) : tout se ramène à des suites de nombres. Le disque compact et, pour l'archivage, les cartouches de bande magnétique numérique, sont des supports quasi universels auxquels les codes détecteurs et correcteurs d'erreurs donnent une durée de vie presque illimitée et qui peuvent être copiés à l'infini sans perte de qualité. À l'opposé, les techniques traditionnelles, analogiques, sont associées à des supports très variés, sensibles à l'usure et sujets aux altérations : disque de vinyle, pellicule argentique, cassettes de magnétoscopes, cassettes de magnétophones, papier, etc.

Un autre aspect de l'uniformisation par le numérique est la convergence des technologies de télécommunication et de radiodiffusion : téléphone, radio, télévision et réseaux informatiques. Les informations deviennent des fichiers qui peuvent s'échanger. En étant diffusée sur Internet, la télévision gagne en universalité (émissions accessibles dans le monde entier) et en interactivité (programmation à la carte à partir de serveurs de bases de données).

La « qualité numérique » du son ou de l'image est obtenue par filtrage, c'est-à-dire par des traitements statistiques qui permettent d'identifier – et d'annihiler – les altérations et parasites dus aux imperfections des microphones, des caméras et même des instruments de musique. Les algorithmes de compression du son et de l'image sont essentiels pour réduire la taille des fichiers à stocker et pour assurer la diffusion de séquences vidéo d'excellente qualité. La généralité de ces méthodes illustre un point très fort des technologies numériques : elles sont extraordinairement diffusantes. Toute innovation concernant la compression du son ou des images, le filtrage, la cryptographie, la synthèse d'images, la miniaturisation des processeurs, les protocoles des réseaux d'ordinateurs ou les bases de données – pour ne citer que quelques techniques – se répercute sur toutes les applications et en suscite de nouvelles. Il en résulte que les applications qui rencontrent un public se développent de manière fulgurante. Les jeux électroniques, qui constituent une industrie ayant un chiffre d'affaires supérieur à celui du cinéma, et le téléphone portable en sont deux exemples. Comme par ailleurs le savoir-faire en matière d'analogique se perd, seules quelques niches échapperont aux technologies numériques.

Auteur: Jacques LENFANT