Les données numériques sont des informations représentées sous la forme de valeurs numériques que les ordinateurs peuvent stocker, traiter et transmettre. Un texte, une photographie, une musique, une vidéo ou une mesure provenant d'un capteur devient ainsi une suite de nombres que les circuits électroniques peuvent manipuler.

De l'information aux données numériques

Dans le monde réel, de nombreuses informations sont analogiques : la lumière varie progressivement, une voix produit des vibrations dans l'air et la température change continuellement. Pour qu'un ordinateur puisse traiter ces phénomènes, un dispositif les transforme en valeurs numériques.

Par exemple, un microphone transforme les vibrations produites par une voix en signal électrique. Un convertisseur mesure ensuite ce signal à intervalles réguliers et transforme chaque mesure en une valeur numérique. L'ordinateur peut alors enregistrer ces valeurs dans un fichier audio, les modifier ou les transmettre.

Une caméra numérique fonctionne selon un principe comparable. Elle reçoit la lumière grâce à son capteur et transforme les informations lumineuses en valeurs numériques. Ces valeurs servent ensuite à construire l'image composée de pixels.

Les données sont représentées en binaire

Les ordinateurs utilisent le système binaire pour représenter les données. Chaque information est donc finalement constituée de bits, qui prennent la valeur 0 ou 1.

Les bits sont regroupés pour représenter des valeurs plus complexes. Un groupe de 8 bits forme un octet et peut représenter 256 valeurs différentes. Des milliers, des millions ou des milliards d'octets peuvent ensuite être regroupés pour représenter des informations beaucoup plus importantes.

Par exemple, le caractère A peut être associé à la valeur 65 dans le code ASCII, soit 01000001 en binaire. L'ordinateur manipule donc cette suite de bits lorsqu'il enregistre ou transmet ce caractère.

Différents types de données

La même représentation binaire permet de stocker des informations très différentes. Le logiciel qui utilise les données détermine comment il faut interpréter les nombres enregistrés.

• Un texte est constitué de caractères associés à des valeurs numériques.
• Une image est constituée de pixels dont les couleurs sont représentées par des valeurs numériques.
• Un son est représenté par une succession de mesures numériques du signal sonore.
• Une vidéo rassemble une succession d'images numériques et généralement des données audio.
• Une mesure provenant d'un capteur peut être enregistrée sous forme d'une valeur numérique, comme une température de 21,5 °C.

Le stockage des données

Les données sont enregistrées dans différents types de mémoire. La RAM conserve temporairement les données utilisées par les programmes en cours d'exécution, tandis que les SSD, les disques durs et les autres supports de stockage conservent les fichiers de manière durable.

La quantité de données est mesurée en octets et en multiples de l'octet : kilo-octets, mégaoctets, gigaoctets et téraoctets. Un document texte peut occuper quelques kilo-octets, une photographie plusieurs mégaoctets et un film plusieurs gigaoctets.

Le traitement des données

Le processeur manipule en permanence des données numériques. Lorsqu'un logiciel ouvre une photographie, par exemple, les données du fichier sont chargées en mémoire puis interprétées pour reconstruire les pixels de l'image. Le processeur et la carte graphique traitent ensuite ces informations afin de produire l'image affichée à l'écran.

Le même principe s'applique à toutes sortes de programmes. Un traitement de texte manipule des caractères, un lecteur audio manipule des échantillons sonores et un logiciel de montage vidéo manipule des images, du son et différentes informations associées.

La transmission des données

Les données numériques peuvent être transmises d'un appareil à un autre sous forme de suites de bits. Lorsqu'une photographie est envoyée sur Internet, par exemple, son fichier est découpé en données qui circulent sur le réseau jusqu'au destinataire. L'ordinateur destinataire reconstitue ensuite le fichier afin de pouvoir afficher l'image.

La transmission numérique permet également de copier et de reproduire les mêmes données sur de nombreux appareils. Une même photographie peut ainsi être enregistrée sur un ordinateur, envoyée sur un smartphone, stockée sur un serveur et affichée sur plusieurs écrans.

La taille et la quantité des données

La quantité de données dépend de l'information représentée et de la précision choisie. Une photographie de haute définition contient davantage de pixels qu'une petite image. Un enregistrement audio réalisé avec une fréquence d'échantillonnage et une précision élevées contient davantage de données qu'un enregistrement de moindre qualité.

Lorsque la quantité de données devient importante, la compression permet de réduire la taille des fichiers. Une photographie JPEG, une musique MP3 ou une vidéo compressée occupent ainsi moins d'espace que leurs versions non compressées.

Une information peut être représentée sous une forme analogique ou numérique. La différence principale concerne la manière dont sa valeur évolue et est représentée.

L'analogique

Une grandeur analogique varie de manière continue. Elle peut prendre une très grande quantité de valeurs entre deux instants.

La température d'une pièce, la luminosité, la pression de l'air, la position d'un objet ou les vibrations produites par une voix sont des exemples de phénomènes analogiques. Entre deux valeurs, la grandeur peut prendre toutes les valeurs intermédiaires.

Par exemple, une température peut passer progressivement de 20 °C à 21 °C. Elle traverse alors 20,1 °C, 20,2 °C, 20,3 °C et toutes les valeurs intermédiaires.

Le numérique

Une information numérique est représentée par des valeurs discrètes, c'est-à-dire par une suite de valeurs distinctes. Dans un ordinateur, ces valeurs sont codées sous forme de bits, avec des 0 et des 1.

Une information numérique peut ainsi être stockée dans une mémoire, copiée, traitée par un processeur ou transmise par un réseau sous forme de données.

Par exemple, une photographie numérique est constituée d'un ensemble de pixels. Chaque pixel possède des valeurs numériques qui indiquent sa couleur. L'ordinateur peut alors enregistrer ces valeurs dans un fichier image.

Du monde réel au numérique

De nombreuses informations que l'ordinateur doit traiter proviennent du monde réel sous une forme analogique. Un capteur transforme alors le phénomène mesuré en un signal électrique.

Un convertisseur analogique-numérique (CAN) transforme ensuite ce signal en données numériques. L'ordinateur peut alors utiliser ces données pour effectuer des calculs, les enregistrer ou les transmettre.

Prenons l'exemple d'un microphone. Les vibrations de l'air produites par une voix font varier la membrane du microphone. Celui-ci produit un signal électrique correspondant à ces variations. Le convertisseur analogique-numérique transforme ensuite ce signal en une suite de valeurs numériques.

L'ordinateur peut alors enregistrer ces valeurs dans un fichier audio, les modifier ou les transmettre à un autre appareil.

Du numérique vers l'analogique

Le processus peut également fonctionner dans l'autre sens. Lorsqu'un appareil doit produire un phénomène physique à partir de données numériques, un convertisseur numérique-analogique (CNA) transforme les valeurs numériques en un signal analogique.

Lors de la lecture d'un fichier audio, les données numériques sont envoyées vers un convertisseur numérique-analogique. Celui-ci produit un signal électrique qui varie continuellement. L'amplificateur et les haut-parleurs transforment ensuite ce signal en vibrations de l'air : nous entendons le son.

Un exemple complet

Lorsqu'une personne parle devant un ordinateur équipé d'un microphone, la chaîne de traitement suit plusieurs étapes :

• La voix produit des variations de pression dans l'air.

• Le microphone transforme ces variations en signal électrique.

• Le convertisseur analogique-numérique transforme le signal en données numériques.

• L'ordinateur stocke et traite ces données.

• Lors de la lecture, le convertisseur numérique-analogique recrée un signal électrique.

• Les haut-parleurs transforment ce signal en vibrations de l'air.

L'information passe ainsi du monde analogique au monde numérique pour être traitée par l'ordinateur, puis peut revenir sous une forme analogique pour être perçue par l'utilisateur.

Pourquoi utiliser le numérique ?

La représentation numérique permet de manipuler facilement les données informatiques. Elles peuvent être stockées, copiées, modifiées, compressées, chiffrées et transmises par des systèmes informatiques.

Une copie numérique peut reproduire exactement les mêmes valeurs que les données originales. Les systèmes informatiques peuvent également utiliser des mécanismes de contrôle et de correction pour détecter et corriger certaines erreurs apparues lors du stockage ou de la transmission.

Le numérique permet ainsi aux ordinateurs de traiter des informations provenant du monde réel sous une forme adaptée à leurs circuits électroniques.