Microprocesseur Une évolution très rapide (qu'il n'est pas abusif d'intituler révolution) a marqué, depuis un peu plus de vingt ans,...

« Microprocesseur Une évolution très rapide (qu'il n'est pas abusif d'intituler révolution) a marqué, depuis un peu plus de vingt ans, toutes les fonctions et les instruments utili­ sant des dispositifs électroniques.

Elle est le résultat d'un processus de miniaturisation très rapide des cir­ cuits, rendu possible par les recherches sur la phy­ sique du solide, par l'utilisation des semi-conducteurs (principalement du silicium) et de technologies empruntées aux avancées les plus récentes des connaissances. Conséquence de ces transformations, le micropro­ cesseur est aujourd'hui d'usage courant.

L'électro­ nique est une science (fortement liée à la technologie) qui est à peine centenaire.

Ses progrès ont été rapides à partir de l'apparition des tubes à vide (1904 et 1906); ils se sont considérablement accélérés quand on a remplacé, en 1947, ces tubes par les transistors, puis miniaturisé de plus en plus les cir­ cuits.

Peu d'objets techniques modernes peuvent actuellement s'en passer.

La communication d'infor­ mations, leurs modes de production, nombre des actes de la vie sociale en ont été bouleversés.

Et, peut-on dire, cela ne fait que commencer! S'il est un objet symbolique des avancées récentes des sciences, des technologies et de leurs interactions réciproques, c'est bien le microprocesseur (la puce, en langage courant). La miniaturisation de nombre de nos actuels objets familiers (dont les nouvelles cartes à puce des banques), la baisse rela­ tive spectaculaire de leur coût (les ordinateurs, le matériel audiovisuel et les chaînes haute-fidélité, notamment), sont en grande partie dues à son invention en 1971 par l'ingénieur amé­ ricain M.

E.

Hoff. Cette réalisation est l'une des étapes (essentielle, très certai­ nement, mais elle n'est sûrement pas la dernière) de l'évolution d'une science née à la fin du XIX0 siècle et longtemps ensei­ gnée comme un chaP,itre de l'électricité, l'électronique, ainsi baptisée à cause du rôle essentiel joué par les électrons dans les phénomènes qui la concernent. Les tubes à vide L'une des sources de l'électronique est l'électromagnétisme, élaboré de Oersted à Hertz.

L'activité générée par la découverte des ondes électromagnétiques, les travaux expérimentaux effectués sur leur propagation et sur leur utilisation pour la transmission des signaux, ont suscité de multiples :recherches (tant des scientifiques que des techniciens-inven'teurs) (voir art.

17 et 18).

Une autre source est l'étude de la 'structure de la matière, dont les acteurs principaux ont été les chimistes pendant les deux premiers tiers du siècle passé, les physiciens prenant en quelque sorte le relais ensuite (voir art.

2). Les premiers émetteurs et récepteurs de la télégraphie sans fil (T.S.F.) étaient peu commodes (éclateurs à étincelles, cohéreurs à limaille, etc.

- voir art.

18).

Après ses débuts, rendus possibles grâce à ces dispositifs, l'électronique connaît sa première révolution avec l'apparition des circuits oscillants et des tubes à vide : la diode (Fleming) en 1904 et surtout la triode (Lee de Forest) en 1906.

Les possibilités de ce dernier composant* apparaissent clairement quand son inventeur réussit à l'utiliser en 1912 comme oscillateur (qui peut servir aussi bien dans un émetteur que dans un récepteur d'ondes électromagnétiques), puis quand il conçoit, la même année, un dispositif à triode capable d'amplifier le signal initial, c'est-à-dire d'augmenter la puissance du rayonnement. En 1916, les techniciens parviennent, grâce aux'nouveaux composants et à des montages empruntés à Lee de Forest, à transmettre un signal électromagnétique (radio, si l'on veut) à travers l'Atlantique.

Il s'agit bien d'un signal (au sens commun du terme) ; les phrases sont codées comme elles le sont dans le télégraphe électrique avec l'alphabet morse, puis décodées après réception.

A ce stade, le télégraphe a, sur ce quî devient la T.S.F., une notable avance.

Des câbles, comportant un grand * On appelle composant, en électricité et en électronique, tout élément d'un circuit. L'amplification Le terme amplification est généralement utilisé mais il est scientifiquement incorrect.

L'énergie du signal initial, émis par la source, n'est pas augmentée, comme pourrait le laisser penser l'usage du mot.

En fait, ce signal originel est remplacé, grâce au montage comportant notamment une triode .

(éventuellement plusieurs), inventé par Lee de Forest, par un signal de même forme, mais de plus forte amplitude.

On substitue maintenant de plus en plus au terme amplificateur celui de relais. La diode L'un des problèmes à résoudre au début du siècle, pour passer de la communication de signaux électromagnétiques codés à leur utilisation pour transmettre la voix, est la très grande différence de fréquence des deux types de vibrations (électromagnétiques et mécaniques).

Cela reste d'ailleurs un problème actuellement.

Aucun haut-parleur n'a de performances équivalentes à celles des circuits électroniques qui le précèdent dans }a chaîne. La diode de Fleming remplit le rôle d'une valve.

Une valve aortique, par exemple, laisse passer le sang quand le cœur l'évacue, mais se ferme ensuite pour l'empêcher de revenir en arrière.

La diode initiale était une ampoule de verre vide. La température d'un filament métallique (de tungstène en général), parcouru par un courant électrique, augmente et il est, de ce fait, entouré d'électrons libérés par leur atome d'origine (effet thermoélectronique, découvert par Edison en 1884).

Ce filament (appelé cathode) est relié au pôle Cathode Anode d'une pile.

Face à lui se trouve une plaque, métallique Pile Vide elle aussi (elle peut annexe i---'-._.---=d'ailleurs être cylindrique et entourer la cathode), reliée au pôle + de la même pile.

Cette Pile plaque est l'anode. On peut avoir une pile annexe dont le seul rôle est de chauffer le filament. Un courant électrique résulte, en substance, d'une circulation d'électrons.

S'il n'y avait pas l'effet thermoélectronique, le circuit étant interrompu par le vide dans l'ampoule, il n'y aurait pas de courant.

La cathode émettant des électrons (négatifs), ceux-ci sont attirés par l'anode (positive) (voir art.

1, 2 et 18).

Il y a donc un courant.

Par contre, si l'on inverse les pôles de la pile, la plaque devient négative et repousse les électrons.

Le courant ne peut plus passer (il n'existe pas).

La diode est donc, comme une valve cardiaque pour le sang, un dispositif qui ne laisse circuler l'électricité que dans un seul sens.

L'une des conséquences: le dispositif récepteur de l'onde électromagnétique «efface,, une alternance sur deux (celle qui correspond au moment où le courant est dans le « mauvais " l sens) de art. ce signal (voir · /'\ /'\ 17).

Sans entrer / \ ~ dans les détails, --1'----.,,.\---1 ,,_-.._---a/_..... il en résulte \ / \ / que l'on réussit, ··..

____ ,..·..____ _... par ce moyen, à aboutir à une oscillation, transformable ensuite en un son audible. -1-._ _ _ La triode Lee de Forest a~ ajouté, entre la cathode et la plaque de la diode, une grille (constituée, en général, par une hélice de fil métallique dont les spires sont assez écartées l'une de l'autre).

Reliée à une pile (c'est-à-dire portée à ury certain .Potentiel électrique), la grille permet de faire varier le flux d'électrons qui arrive à la plaque, et donc le courant qui passe dans le circuit.

On s'en est servi, dans des montages astucieusement conçus, pour améliorer l'émission et la détection des signaux (des ondes), mais aussi pour les amplifier, donc pour en augmenter · la o_ rille ~ puissance, l'intensité, etc.

Si nous pouvons - avec la chaîne Hl-FI de notre appartement ou le matériel sophistiqué des chanteurs en tournée - faire varier le son émis, c'est grâce aux amplificateurs (ou plutôt aux relais).

La triode a été le composant déterminant du premier d'entre eux. nombre de fils individuels, ont été immergés dans la Manche en 1851, dans l'Atlantique après 1865.

Des informations peuvent donc, dès cette époque, être échangées très rapidement entre les continents.

La pose des câbles est certes une véritable aventure, la mer les malmène, ils sont parfois coupés, mais il s'agit d'une transmission fiable et bien rodée (qui est d'ailleurs toujours utilisée).

L'invention du téléphone par Graham Bell en 1876 (il était baptisé à l'origine télégraphe parlant), permettant cette fois de transformer la voix en signal électrique, de transmettre ce dernier à distance, puis de procéder à l'arrivée à la transformation inverse, ajoute une dimension supplémentaire au transport, par fil, de l'information: ce ne sont plus des signaux codés que l'on échange, les interlocuteurs s'entendent, peuvent se parler, etc.

A grande distance, l'audition est cependant difficile.

En cas de conflit, il est facile de couper fils et câbles et le dispositif n'est guère commode qu'entre des installations fixes. Le télégraphe et l'alphabet morse - Le télégraphe est constitué d'un contacteur (un interrupteur) dans le bureau émetteur, d'une source de courant continu, et d'un électro-aimant dans le bureau récepteur.

L'électroaimant peut attirer un stylet encreur en fer au-dessous duquel se déroule une feuille de papier.

Contacteur, pile et électro-aimant sont reliés par un fil conducteur: - Courant Contacteur + - Pile ~ - - , -Electro'-'----~m-----i~1a-=ai7mant Rouleau de papier Quand on appuie sur le contacteur, le courant passe, !'électro-aimant attire le stylet dont la pointe encreuse appuie alors sur le papier.

Comme ce dernier se déplace, un contact bref donne un point, un contact plus long donne un trait.

Dans l'alphabet morse, chaque lettre de notre alphabet usuel est représentée par une série de points et de traits (voir art.

12). • Le téléphone Le principe du téléphone n'est pas très différent de celui du télégraphe.

La voix provoque un courant périodique dans un micro(phone).

A l'autre extrémité, dans l'écouteur, deux petits électro-aimants attirent une membrane de fer doux qui, en vibrant, reproduit la voix. Ecouteur ))) Son Premier téléphone de Bell en 1876 La T.S.F., pour peu que l'on améliore ses performances, était donc susceptible d'offrir des avantages nouveaux.

Les modifications techniques des tubes à vide, celles des montages, des antennes, etc., font que, la Guerre de 14 terminée, les réalisations du nouveau mode de communication de l'information progressent rapidement, en empruntant pour une part des éléments des technologies concurrentes (le micro, le haut-parleur, etc.), celles-ci agissant d'ailleurs de même (les amplificateurs à tubes, par exemple, ont été utilisés par le téléphone). ·· L'apparition de radios commerciales, aux U.S.A.

et en Grande-Bretagne d'abord (1920), puis en France (1921) mobilise des industriels importants.

Le secteur de l'électronique, , relativement limité à quelques applications lourdes (utilisation par les militaires, entre les bateaux et tout le domaine du télé- phone qui, en France, ne se généralisera vrajment qu'après 1960), prend une très grande extension.

Les stations d'émission de T.S.F.

se multiplient, des millions de postes récepteurs sont fabriqués pour les ménages ... Les tubes à vide -sont perfectionnés- (cathodes à oxydes métalliques, cathodes à chauffage indirect ...

), d'autres apparaissent (tétrode, pentode ...

), des composants nouveaux sont introduits dans certains montages (la cellule photoélectrique, par exemple.

Voir art.

18).

Le tube à rayons cathodiques (ou tube cathodique), lointain successeur de celui de Braun (1897), permet à Zworykin d'inventer l'iconoscope, premier véritablet tube de télévision (L'iéonoscope est toutefois un tube d'analyse; à l'émission: image ➔ signal.

Le tube cathodique est utilisé~ pour la réception : signal ➔ image). La volonté de produire des radiations de longueur d'onde plus courte (quelques dizaines de centimètres,, quelques centimètres ...

), notamment pour les installations radar (voir art.

8), suscitent , des recherches qui permettent à des ingénieurs d'inventer des.... »