L'utilisation de la lumière pour la communication à travers l'histoire

La communication est essentielle pour partager des informations et se connecter avec les autres. L'une des formes de communication les plus universelles et les plus durables est celle des signaux lumineux. L'utilisation de la lumière et de motifs d'éclairage permet de transmettre des messages visuellement sur de courtes et de longues distances.

L'utilisation de signaux lumineux et de communications optiques remonte à des milliers d'années. Les civilisations antiques comme les Grecs, les Romains, les Chinois et les Égyptiens disposaient toutes de systèmes de signalisation utilisant des torches, des lampes ou des miroirs qui pouvaient transmettre des messages prédéterminés. La communication lumineuse la plus élémentaire impliquait des signaux simples comme une torche allumée dans une tour avertissant d'un danger. Des systèmes de signalisation codés plus complexes ont également émergé, notamment pour les opérations militaires.

Au fil du temps, la signalisation lumineuse est devenue plus avancée avec le développement de systèmes de télégraphie optique spécialisés aux XVIIIe et XIXe siècles. Ces télégraphes optiques utilisaient des bras ou des volets sémaphores pour transmettre des informations entre les stations situées dans une ligne de visée. L'avènement du code Morse et des lignes télégraphiques électriques a finalement rendu ces télégraphes optiques obsolètes. Cependant, la lumière continue d'être utilisée pour la communication de nombreuses façons aujourd'hui. Des signaux de fumée à l'Internet par fibre optique, la lumière facilite le transfert d'informations sur de longues distances dans une grande variété d'applications.

Cet article donne un aperçu de certaines des différentes façons dont la lumière peut être exploitée à des fins de communication, tant dans le passé que de nos jours. Nous explorerons certains des premiers systèmes de télégraphie optique pionniers ainsi que des technologies modernes comme les lasers et la fibre optique. Si les langues et les méthodes de communication ont évolué, la lumière reste l'un des moyens les plus universels et les plus efficaces de transmission de messages.

Code Morse

Le code Morse est l'une des formes les plus anciennes et les plus durables d'utilisation de la lumière pour la communication. Il transmet des messages en activant et en désactivant un signal optique ou audio selon des schémas correspondant aux lettres, aux chiffres et à la ponctuation d'un message.

Le système de code Morse le plus courant utilise des impulsions lumineuses ou sonores courtes et longues pour représenter les points et les tirets qui composent les lettres et les chiffres individuels. Par exemple, la lettre « A » est représentée par une impulsion courte (point), un silence légèrement plus long, puis une impulsion longue (tiret). Les chiffres de 1 à 5 sont représentés par :

• 1 = .----
• 2 = ..---
• 3 = ...--
• 4 = ....-
• 5 = .....

Grâce à des combinaisons de points, de tirets et d'espaces entre chaque caractère, des phrases complètes peuvent être transmises sur de longues distances grâce au code Morse. Il a été développé à l'origine dans les années 1830 pour être utilisé avec le télégraphe électrique, qui envoyait des impulsions de courant électrique pour contrôler un électroaimant et produire les clics que les opérateurs pouvaient interpréter.

Le code Morse a ensuite été adapté à d'autres méthodes de transmission de messages sur de longues distances à l'aide de feux clignotants (appelés lampes de signalisation), de signaux sonores et de balises clignotantes pour les navires ou les phares. Il est encore utilisé aujourd'hui par les opérateurs radio amateurs, ainsi que pour certains signaux de détresse automatisés comme un SOS.

Apprendre le code Morse demande de la pratique, mais peut être appris plus facilement à l'aide de tableaux, d'applications, de jeux et de répétitions audio des lettres les plus courantes. Avec une bonne maîtrise, les messages peuvent être envoyés et reçus à des vitesses plus rapides, approchant ou dépassant les 20 mots par minute. Bien qu'inventé il y a près de 200 ans, le code Morse reste un moyen efficace de communiquer à distance en utilisant de simples impulsions lumineuses ou sonores.

Lampes de signalisation

Les lampes de signalisation sont un moyen visuel de communiquer à distance grâce à la lumière. Elles utilisent un faisceau lumineux focalisé pour envoyer des messages sous forme de flashs en code Morse qui peuvent être vus et interprétés par une personne équipée d'un télescope ou d'un autre appareil d'observation.

Les lampes de signalisation fonctionnent à l'aide d'une source lumineuse vive, traditionnellement une lampe à huile ou à pétrole, et d'un réflecteur pour concentrer la lumière en un faisceau focalisé. Le faisceau est interrompu par un obturateur pour produire des flashs courts et longs représentant le code Morse.

Les lampes de signalisation sont devenues très utilisées au XIXe siècle pour la communication navale entre les navires. L'une des plus courantes était la lampe Aldis, inventée dans les années 1860 par le capitaine de la Royal Navy britannique Arthur St. Vincent Aldis. La lampe Aldis utilisait une lampe à pétrole comme source lumineuse et une lentille convexe avec des volets perforés. Un opérateur dirigeait la lampe vers le navire récepteur et faisait clignoter des messages en code Morse en ouvrant et en fermant les volets à l'aide d'un déclencheur.

Dans des conditions idéales, les lampes de signalisation pouvaient transmettre des messages avec précision sur des distances allant jusqu'à environ 30 kilomètres pendant la journée. La nature focalisée du faisceau permettait d'éviter l'interception des messages par d'autres navires non alignés avec la lampe. Cependant, le brouillard, la fumée et les intempéries pouvaient nuire à la visibilité.

L'utilisation des lampes de signalisation pour les communications entre navires a diminué au XXe siècle avec l'avènement de la télégraphie sans fil et de la radio. Cependant, elles sont encore utilisées aujourd'hui pour certains messages cérémoniels et officiels entre navires de guerre. Les lampes de signalisation représentent une utilisation ingénieuse de la lumière pour permettre la messagerie visuelle à longue distance avant la communication électronique.

Sémaphore

Le sémaphore est un système de transmission d'informations à distance au moyen de signaux visuels à l'aide de drapeaux tenus à la main, de tiges, de disques, de pagaies ou parfois à main nue ou gantée. L'information est codée par la position des drapeaux ; elle est lue lorsque le drapeau est dans une position fixe. Les sémaphores ont été adoptés et largement utilisés (les drapeaux tenus à la main remplaçant les bras mécaniques des sémaphores à obturateur) dans le monde maritime au XIXe siècle. Les sémaphores sont toujours utilisés par les services maritimes et navals.

Le système de sémaphore à drapeau utilise deux petits poteaux avec des drapeaux carrés, que l'on tient chacun dans une main. Les poteaux sont tenus verticalement et les drapeaux sont tenus en diagonale, pointant vers le bas, en direction du sol. Chaque drapeau représente une lettre de l'alphabet. En tenant les drapeaux dans différentes positions, les mots peuvent être épelés visuellement et communiqués à distance.

Le sémaphore est un moyen simple et assez robuste de communiquer visuellement, car il ne nécessite ni électricité ni électronique. Il présente cependant certaines limites. Un seul mot peut être transmis à la fois, et les mots doivent être épelés lettre par lettre, ce qui en fait un système lent par rapport au code Morse. Les personnes qui communiquent doivent être à portée de vue les unes des autres pour voir les signaux. Les intempéries telles que la pluie, la neige, le brouillard ou les vents violents peuvent gêner les signaux. Et une formation modeste est nécessaire pour apprendre à utiliser le système. Le sémaphore a été largement utilisé dans le monde entier dans les communications maritimes avant l'avènement de la radio, mais aujourd'hui, il sert à un usage plus spécialisé.

Signaux de fumée

Les tribus amérindiennes utilisent depuis des milliers d'années des signaux de fumée comme moyen de communication longue distance. Ces signaux permettent aux tribus d'envoyer des messages sur de grandes distances en créant un langage codé avec de la fumée.

Les signaux de fumée fonctionnent en libérant de grandes bouffées de fumée à travers un feu. L'astuce consiste à créer une fumée suffisamment épaisse et sombre pour être vue de loin. L'utilisation de végétation et de feuilles humides crée de la fumée blanche, tandis que la combustion d'huile ou de caoutchouc produit une fumée noire foncée qui s'élève haut dans les airs.

Les différentes configurations, quantités et couleurs de fumée ont des significations spécifiques que d'autres peuvent interpréter s'ils connaissent le code. Par exemple, trois bouffées courtes signifient généralement « attention » ou « regardez ici ». Une seule bouffée peut signifier « tout va bien » tandis que deux bouffées peuvent signifier « venez ici ». Des codes de signaux de fumée plus élaborés utilisent des combinaisons et des séquences pour transmettre des messages et des informations complexes sur de longues distances.

La portée des signaux de fumée dépend du paysage et des conditions météorologiques. Par temps clair et avec une bonne visibilité, les signaux de fumée peuvent transmettre des messages à une distance de 10 à 20 miles, voire plus loin s'ils sont placés sur un terrain élevé. Cependant, la pluie, le brouillard ou les arbres et le terrain peuvent limiter considérablement la portée efficace. Les tribus autochtones positionnaient stratégiquement les emplacements des signaux de fumée pour maximiser la visibilité.

Bien que obsolètes en tant que méthode de communication à longue distance, les signaux de fumée conservent toujours une signification culturelle pour de nombreuses tribus amérindiennes. Les techniques de signalisation et les langages codés transmis de génération en génération représentent un héritage culturel et des traditions importantes. Si la technologie a permis de nouvelles formes de communication, les signaux de fumée offrent un aperçu des moyens ingénieux utilisés par les tribus pour maintenir un contact vital et transmettre des informations sur de vastes distances.

Signaux de phare

Les phares sont utilisés depuis des siècles pour avertir et guider les navires en mer. Les phares utilisent des signaux lumineux qui ont un modèle de clignotement, une séquence, une couleur et un intervalle entre les clignotements distinctifs pour aider les marins à identifier leur emplacement le long des côtes dangereuses.

Les gardiens de phare ont développé des systèmes de signalisation complexes pour communiquer des informations aux navires au-delà de la simple alerte en cas de danger. En observant le motif des feux clignotants, les marins pouvaient déterminer l'identité unique du phare et son orientation par rapport à la côte.

Chaque phare avait sa propre séquence de clignotement et sa propre fréquence qui servaient d'« empreinte digitale » optique pour les marins. Ces séquences lumineuses étaient publiées sur les cartes nautiques afin que les capitaines puissent décoder les signaux des phares. Certains modèles étaient simples, comme un long clignotement toutes les 5 secondes. D'autres étaient plus complexes, avec des combinaisons d'intervalles d'obscurité courts, longs et variables entre les clignotements.

Pendant la journée, les phares utilisaient également des formes, des couleurs et des marquages ​​uniques pour signifier leur identification diurne. Ces marqueurs diurnes aidaient les navires à repérer visuellement le phare et à confirmer leur position lors de la navigation le long de la côte. Les marqueurs diurnes correspondaient à la séquence de feux clignotants nocturnes de ce phare.

Les gardiens de phare devaient entretenir les lampes et les optiques rotatives qui façonnaient les faisceaux lumineux. Ils s'assuraient que les cornes de brume, les feux et les balises de jour fonctionnaient correctement pour communiquer les signaux essentiels aux marins de jour comme de nuit. Les motifs de flash lumineux, les couleurs, les balises de jour et les signaux de brume uniques des phares jouaient un rôle essentiel dans la communication et la navigation pour la sécurité maritime.

Feux d'avion

Les avions utilisent des feux pour la navigation, l'alerte anti-collision et le guidage à l'atterrissage. Ces feux permettent aux avions de signaler leur présence et leurs actions aux autres.

Les feux de navigation des avions comprennent des feux latéraux rouges et verts sur les extrémités des ailes et un feu blanc sur la queue. Ces feux colorés indiquent la direction et l'orientation de l'avion la nuit ou par mauvaise visibilité. Par exemple, si un avion s'approche de face, on verra les feux latéraux rouges et verts. Mais s'il s'éloigne, seul le feu arrière blanc est visible.

Les feux stroboscopiques ou feux anticollision clignotent rapidement pour augmenter la visibilité d'un avion. Ils sont généralement installés sur les extrémités des ailes, la queue et le ventre de l'avion. Les flashs au xénon blanc à haute intensité permettent de faire ressortir l'avion sur le fond. Tous les avions de ligne commerciaux sont équipés de feux stroboscopiques pour avertir les autres de leur présence.

Les phares d'atterrissage permettent d'éclairer la piste et les voies de circulation pendant les opérations de nuit. Ils sont montés sur le nez ou les ailes de l'avion. Les pilotes les allument pendant les phases d'approche finale, d'atterrissage et de roulage. Les phares d'atterrissage améliorent la vision du pilote et permettent une navigation sûre au sol. Certains avions sont même équipés de feux rétractables qui peuvent s'étendre vers le bas pour un meilleur éclairage.

Que ce soit pour la navigation, l'évitement des collisions ou l'atterrissage, les feux d'avion jouent un rôle crucial dans la sécurité aérienne. Leurs couleurs, leurs positions et leur luminosité spécifiques permettent d'indiquer la trajectoire et les actions de l'avion par des signaux visuels. Les feux d'avion permettent un vol plus sûr en cas de faible visibilité et d'obscurité.

Feux de signalisation

Les feux de circulation sont l'une des utilisations les plus courantes de la lumière pour la communication dans la vie quotidienne. Le premier feu de circulation électrique a été inventé en 1912 à Salt Lake City, dans l'Utah. Il était actionné manuellement et avait des lumières rouges et vertes. Dans les années 1920, les feux de circulation ont commencé à être interconnectés dans des systèmes pour coordonner le flux de circulation.

Le premier feu tricolore a été créé à Détroit, dans le Michigan, en 1920. Il était doté de feux rouges, orange et verts. Le feu orange avertissait les conducteurs de se préparer à s'arrêter car le feu était sur le point de passer au rouge. Cela a contribué à améliorer la sécurité aux intersections.

Les feux de signalisation modernes utilisent un code couleur universel :

• Le rouge signifie stop
• L'ambre signifie se préparer à s'arrêter
• Le vert signifie procéder avec prudence

Les feux de circulation sont programmés avec des cycles lumineux prédéfinis qui alternent entre les directions qui reçoivent le feu vert. Les cycles sont optimisés par les ingénieurs de la circulation pour assurer une circulation fluide et efficace. Des capteurs intégrés dans la route détectent les véhicules en attente et peuvent ajuster les cycles lumineux en conséquence.

Les feux de signalisation pour piétons sont intégrés à de nombreux systèmes de feux de circulation. Ils utilisent des symboles et des lumières pour indiquer quand les piétons peuvent traverser en toute sécurité. Les feux de signalisation pour piétons allument une icône blanche représentant une personne qui marche. Les feux de signalisation pour piétons interdits allument une icône rouge représentant une main levée indiquant aux piétons d'attendre. Des comptes à rebours indiquent le nombre de secondes restantes pour traverser. Les feux de signalisation pour piétons accessibles utilisent des signaux sonores, des messages verbaux et des surfaces vibrantes pour aider les piétons malvoyants.

Les feux de circulation sont un exemple courant d'utilisation de lumières colorées pour la communication sur nos routes. Les séquences lumineuses, les durées et les significations normalisées facilitent la circulation sûre et efficace des véhicules et des piétons aux intersections. Les ingénieurs de la circulation continuent d'optimiser les systèmes de feux de circulation à mesure que les besoins en matière de transport évoluent.

Fibre optique

La communication par fibre optique utilise des impulsions lumineuses envoyées à travers des fibres de verre ultra-pures pour transmettre des informations. La lumière forme une onde électromagnétique qui peut transporter des signaux sur de longues distances avec moins de pertes que les câbles électriques.

À l'extrémité émettrice, un laser ou une LED émet des impulsions lumineuses qui représentent les données envoyées. La lumière se déplace le long du cœur de la fibre de verre, se réfléchissant sur la gaine qui entoure le cœur. Ce principe de réflexion interne totale permet à la lumière de parcourir de longues distances avec une perte d'intensité minimale.

La communication par fibre optique a de nombreuses applications, notamment dans les télécommunications où elle est utilisée pour la téléphonie, l'Internet et la transmission de la télévision par câble. Sa grande capacité de bande passante lui permet de transporter de grandes quantités de données. Les réseaux de fibre optique constituent l'épine dorsale d'Internet.

Les autres utilisations possibles sont les réseaux informatiques, la télévision en circuit fermé, la transmission d'images médicales et les interventions chirurgicales à distance par vidéo. Les industries aérospatiale et de défense utilisent également la fibre optique pour les systèmes de navigation et la télédétection.

Les avantages de l’utilisation de la communication par fibre optique incluent :

• Bande passante plus élevée et vitesses plus rapides : la fibre peut transporter beaucoup plus de données que le câble en cuivre
• Atténuation plus faible pour que les signaux puissent voyager plus loin sans dégradation
• Immunité aux interférences électromagnétiques provenant d'autres câbles ou appareils
• Taille plus petite et poids plus léger par capacité
• Plus de sécurité car le verre ne permet pas de surpressions ou de fuites de tension
• Non conducteur donc aucun risque d'étincelles

En exploitant la vitesse et l'efficacité des ondes lumineuses, la communication par fibre optique a révolutionné les télécommunications et permet d'accéder aux services à large bande dont nous dépendons aujourd'hui. Des appels téléphoniques à la diffusion de films en streaming, la fibre optique rend possible notre monde numérique moderne.

Communication laser

La communication laser, également connue sous le nom de communication optique en espace libre, fait référence à la transmission sans fil de données dans l'espace libre à l'aide de la lumière des lasers. Cette technologie émergente présente plusieurs avantages par rapport à la communication radiofréquence traditionnelle :

• Bande passante extrêmement élevée – La communication laser peut atteindre des bandes passantes de 10 Gbit/s et plus. Cela permet de transmettre de grandes quantités de données très rapidement.
• Hautement sécurisé – Les faisceaux laser sont très étroits et focalisés, ce qui rend l'interception difficile. Les données sont difficiles à intercepter ou à brouiller.
• Aucune licence requise - La communication laser utilise des longueurs d'onde lumineuses qui ne nécessitent pas de licence gouvernementale comme les fréquences radio. Cela réduit les obstacles réglementaires.
• Petite taille et poids réduits – Les appareils de communication laser sont beaucoup plus petits et plus légers que les équipements radio. Cela est crucial pour les applications spatiales et aériennes.
• Faible consommation d'énergie : les émetteurs et récepteurs laser nécessitent moins d'énergie que les radios. Ceci est important pour les applications portables et alimentées par batterie.

Certaines applications clés actuelles et futures de la communication laser comprennent :

• Engins spatiaux – La NASA et d’autres agences spatiales développent des communications laser pour les engins spatiaux proches de la Terre ainsi que pour les missions dans l’espace lointain. Des débits de données 10 à 100 fois supérieurs à ceux de la radio sont possibles.
• Avions – Les compagnies aériennes et les armées envisagent la communication laser pour remplacer la radio et réduire le poids des avions.
• Véhicules autonomes – Les voitures autonomes et les drones peuvent utiliser des liaisons laser pour partager des données en temps réel avec une latence ultra-faible.
• Communication quantique – L’intrication quantique pour une sécurité absolue pourrait un jour être possible en utilisant des lasers sur des distances mondiales.
• Secours en cas de catastrophe – Les liaisons laser permettent un déploiement rapide du réseau lorsque l’infrastructure sur le terrain est compromise.
• Plateformes à haute altitude – Des ballons, des dirigeables et des drones dans la stratosphère peuvent créer un réseau maillé laser aérien pour l’accès à Internet haut débit.

L'avenir de la technologie de communication laser s'annonce prometteur. Avec la baisse des coûts et les progrès technologiques, les liaisons laser à haut débit pourraient devenir courantes, tant au sol que dans les airs. Cela pourrait transformer l'aviation, les télécommunications et l'exploration spatiale.