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.

Un caractère est un élément qui compose un texte : une lettre, un chiffre, un espace, un signe de ponctuation ou un symbole. Pour être enregistré par un ordinateur, chaque caractère doit être associé à un nombre.

Ce nombre est ensuite représenté en binaire, sous la forme de bits. Le texte devient ainsi une suite de données que l'ordinateur peut stocker, traiter et transmettre.

Le code ASCII

Le code ASCII (American Standard Code for Information Interchange) est l'un des premiers grands systèmes de codage des caractères. Créé dans les années 1960, il associe un nombre à chaque caractère.

Le code ASCII reste pratique pour retrouver rapidement le code numérique d'un caractère. Sous Windows, certains caractères peuvent notamment être saisis avec une combinaison utilisant la touche Alt et le pavé numérique. Par exemple, Alt + 64 produit le caractère @, Alt + 36 produit le caractère $ et Alt + 35 produit le caractère #. Cette méthode peut être utile lorsqu'un caractère ou un symbole n'est pas présent sur le clavier.

Les 128 codes ASCII

Le code ASCII standard contient 128 valeurs, numérotées de 0 à 127. Les codes 0 à 31 et le code 127 sont des caractères de contrôle utilisés par les systèmes informatiques. Les codes 32 à 126 correspondent aux caractères imprimables.

Les lettres majuscules A à Z occupent les codes 65 à 90, tandis que les lettres minuscules a à z occupent les codes 97 à 122. Les chiffres 0 à 9 occupent les codes 48 à 57. Cette organisation permet de retrouver rapidement le code numérique d'un caractère.

Par exemple :

• la lettre A correspond au nombre 65 ;
• la lettre B correspond au nombre 66 ;
• le chiffre 0 correspond au nombre 48 ;
• l'espace correspond au nombre 32.

Le nombre 65 est ensuite représenté en binaire sous la forme 01000001. L'ordinateur peut donc enregistrer la lettre A comme une suite de huit bits.

Le code ASCII standard utilise 128 valeurs. Il permet de représenter les lettres de l'alphabet latin sans accents, les chiffres, les signes de ponctuation et différents caractères de contrôle.

Unicode

Les besoins informatiques ont rapidement dépassé les possibilités d'ASCII. Les langues du monde utilisent des milliers de caractères différents, auxquels s'ajoutent des symboles scientifiques, mathématiques et graphiques.

Le standard Unicode attribue un numéro unique à chaque caractère. Il permet ainsi de représenter les caractères utilisés dans de nombreuses écritures : français, grec, arabe, russe, chinois, japonais et bien d'autres.

Unicode prend également en charge de nombreux symboles et les émojis. Chaque caractère possède un numéro appelé point de code.

UTF-8

Unicode définit les caractères, tandis que UTF-8 définit la manière de les enregistrer sous forme d'octets. C'est aujourd'hui l'encodage le plus utilisé sur le Web.

UTF-8 utilise de 1 à 4 octets pour représenter un caractère. Les caractères ASCII utilisent un seul octet. Les caractères Unicode qui nécessitent davantage de données utilisent plusieurs octets.

Par exemple, dans le mot Bonjour, chaque lettre appartient à l'ensemble ASCII et peut être enregistrée sur un octet en UTF-8. La lettre é, qui possède un accent, utilise plusieurs octets.

Le codage d'un texte

Lorsqu'un utilisateur écrit le mot Chat, l'ordinateur associe chaque lettre à son code :

Le mot devient ainsi une suite d'octets. Ces données peuvent être enregistrées dans un fichier, copiées dans la mémoire vive ou transmises par un réseau.

L'affichage du texte

Lorsqu'un logiciel ouvre le fichier, il interprète les octets selon l'encodage utilisé. Il retrouve les caractères correspondants et les transmet au système d'affichage.

Le texte Chat enregistré sous forme de données numériques redevient donc les quatre caractères C, h, a et t à l'écran.

Le codage des caractères permet ainsi de transformer les textes en données numériques tout en conservant leur contenu et leur écriture.