Côté sciences : pourquoi la fibre optique est plus « rapide » que les câbles électriques ?

Avoir la fibre optique chez soi c’est avoir un accès à internet plus rapide et de fait les câbles électriques deviennent peu à peu obsolètes pour la transmission des données. Qu’est-ce qui explique cette supériorité ?

Cet article est le sixième de la série « Côté sciences», dans laquelle est traité une à deux fois par semaine un sujet geek et scientifique qu’il soit d’actualité ou que j’ai simplement envie d’en parler.

Comme pour l’article d’il y a quelques semaines sur « Comment Internet traverse les océans ? » j’ai commencé par demander à mes proches leur avis sur la question de la supériorité de la fibre optique par rapport à nos bon vieux câbles électriques concernant les transmissions de données et notamment pourquoi Internet est nettement plus « rapide » avec la fibre.

Quelques réponses impliquant « moins d’erreurs » ont fait écho au travers de nombreux « bah facile, la lumière va plus vite que l’électricité ». Si contrairement à la seconde, la première réponse n’est pas fausse, il n’en reste pas moins que la vraie différence majeur n’est ni l’une ni l’autre.

Fibreoptic.rotated Côté sciences : pourquoi la fibre optique est plus rapide que les câbles électriques ?
Fibres optiques (Wikimedia Commons)

Vitesse ou débit ?

Voila le coeur du problème, on parle souvent d’un accès internet rapide ou non ce qui laisse à penser que la variable importante est la vitesse. La vitesse de l’information dans le câble est en fait globalement la même entre fibre optique et câble en cuivre (environ 75% de la vitesse de la lumière dans le vide).

Mais la vraie vitesse qui compte est la vitesse de chargement de la page sur votre ordinateur, pas celle dans le câble ! Pour une quantité d’information donnée, ce n’est pas la vitesse avec laquelle elle vient du serveur à chez vous qui compte mais le débit avec lequel l’information arrive.

Imaginez que l’eau soit de l’information et ce qui vous intéresse c’est d’en recevoir le plus possible. Entre un ruisseau de 2 m de large et un fleuve de 100 m de large (même si l’eau du ruisseau va plus vite que celle du fleuve) c’est bien le fleuve qui va vous apporter une quantité incomparablement plus grande d’eau par unité de temps.

C’est donc le débit et pas la vitesse qui est la variable explicative de la qualité de votre connexion internet.

Débit et fréquence

Si l’analogie avec la rivière est parlante, elle n’explique pas vraiment ce qu’est la « largeur du cours d’eau » pour les informations. En effet, les fibres optiques ne sont pas plus grosses qu’un câble, elle sont même nettement plus petites (9μm pour les fibres longue distance monomode).

Pour comprendre, il faut se rappeler que l’information est codée pour être transmise. L’internet que l’on reçoit n’est fait que de 0 et 1. Pour les câbles électriques il existe différentes manières de faire des 0 et des 1 avec par exemple un niveau haut ou bas de tension (Schéma récapitulatif ici) et pour la lumière c’est plus simple : lumière = 1, pas de lumière = 0.

Le débit d’information est donc le nombre de 0 et de 1 que l’on arrive à caser par seconde soit la fréquence d’émission. C’est ce que vous pouvez voir sur le schéma ci-dessous. En une seconde sur le diagramme de gauche on passe l’information « 0 1 0 1 0 1 » (5 bits) alors qu’à droite on en passe le double dans le même temps.

frequence 590x292 Côté sciences : pourquoi la fibre optique est plus rapide que les câbles électriques ?

Or il se trouve que le courant électrique commence à se comporter mal si on augmente trop sa fréquence notamment en terme d’atténuation du signal. L’atténuation correspond à la perte progressive du signal avec la distance parcourue. C’est d’ailleurs pour ça que sans fibre optique, le débit de votre connexion à la maison dépend de votre distance à la « boite de dégroupage ADSL » à partir de quelques km la liaison devient trop mauvaise pour avoir une haute fréquence donc un bon débit.

La fibre optique au contraire a de très bonnes propriétés de conservation du signal (en monomode en tout cas mais je ne vais pas rentrer dans les détails) ce qui permet des liaisons à plusieurs centaines de km sans perte de qualité et ce même à très haute fréquence. La lumière est en plus très peu sensible à des facteurs extérieurs perturbant le signal alors que les champs électromagnétiques peuvent provoquer des erreurs dans un câble en cuivre.

Bref, voilà pour un aperçu de ces deux technologies qui vous permettent de lire cet article ! Il reste évidemment des milliards de choses à dire et pour plus de détails je vous invite à zieuter la pages Wikipedia sur la fibre optique, ainsi que cette très bonne page sur les réseaux.

19 commentaires

  1. Très intéressant ! Mais j’ai vu il y a quelque temps, qu’ils développaient de nouveaux réseaux aux USA en utilisant la nano-technologie, ça reste tout de même un système similaire? Ou l’on entre dans quelque chose de totalement nouveau?

  2. Ne pas oublier également qu’au niveau technique un « degroupage » fibre est nettement plus facile et permet un nombre de connexions beaucoup plus grand que ne peux faire une centrale de cartier traditionnelle.
    Car au final une connection fibre pour un privé c’est un peu comme faire du vélo seul sur une autoroute.

  3. Merci c’est très intéressant ! Existe-t-il une technologie plus rapide que la fibre optique ? Car j’ai lu quelques part que la limite de vitesse était de 100 méga avec la fibres et autres part j’ai lu qu’on préparé une technologie pour avoir un débit de 200 méga et plus !!

  4. @musclor: les débit sont bien plus élevés que cela que ce soit en fibre ou en cuivre.

    On a facilement du 10 Gigabits avec du cuivre et du 16 Gigabits en fibre en entreprise.

  5. Alain Vogel on

    @Musclor: en fait la vitesse standard de la fibre (si je ne m’abuse) est au delà du gigabyte. C’est au niveau du dégroupage que la vitesse est réduite.
    De qui plus est la majorité des modems terminaux qui sont vendu sont des 100M/s (principalement pour des raisons de coût).

  6. @musclor : Les fibres peuvent (tout dépend du matériel que tu utilises) de base être à 100Gb/s après on fait du multiplexage en longueur d’onde (WDM/DWDM/UDWDM) ce qui permet de monter « virtuellement » à plus de 1Tb/s sur une seule fibre.

    Si ça t’intéresse vraiment, regarde Ciena (utilisé en autre par le réseau Renater) et Xtera mais il y a d’autres vendors.

  7. Ah tiens, j’aurais pensé que c’était à cause de la dissipation thermique des câbles en augmentant la fréquence du signal (je ne sais pas si ma théorie est juste, mais c’est la réflexion que je me suis faite en lisant le titre de l’article :D)

  8. Merci du résumé, ça permet d’y voir plus clair =)

    Mais je me pose quand même une question par rapport aux commentaires au sujet de fibres autorisant des vitesses de plus en plus grandes : est-ce vraiment intéressant après un certain niveau? N’y a-t-il pas des bornes à la vitesse autres que celles-ci?

  9. @Melissa
    Perso je pense qu’au dela de 100M pour un usage perso ca devient inutile à moins d’avoir 10 pc + tv + radio IP qui tournent en simultané.

    Ce qui serait plus intéressant c’est de voir quand les opérateurs seront capable de fournir un débit constant sachant que pour l’heure la plupart d’entre eux le font en « best effort » ( du mieux qu’il peuvent quoi)

    A ceci s’ajoute une variable que votre fournisseur d’accès ne maitrise pas et qui est la capacité du serveur qui fourni le service demandé à délivrer en terme de quantité et de qualité.

    En résumé, si tf1 a une ligne 100M avec des serveurs capable de supporter 10000 connections simultanées ( ce n’est qu’une hypothèse) vous aurez beau avoir une connexion 100M ça n’aidera pas.

  10. @Mioux: Tu peux mettre ta main sur la fibre sans problème!!!!! Sur du cuivre, c’est pareil!!

    La limite vient de la qualité de la fibre, de sa pureté et de sa finesse. (le signal rebondit, sur les parois de la fibre, plus de diamètre = plus de rebonds = plus de pertes) et surtout de la qualité des équipements que tu mets au bout qui vont être capables de traiter un signal très haut fréquence, avec du multiplexage sur des longueurs d’ondes lumineuses différentes.

  11. Excellent article très pédagogique, je me suis toujours dis que la lumière était plus rapide en raison de ses propriétés physique… Est ce que la lumière se déplace à environs 300 000 km / seconde dans la fibre ?

  12. Plus rapide que la fibre : les faisceaux hertziens, notamment utilisé dans les réseaux mobile. Et oui, les ondes se propagent bien plus vites dans l’air que dans la fibre ! C’est d’ailleurs ce qui pousse certains acteurs financiers à privilégié les faisceaux hertziens plutôt que la fibre (par exemple pour relier la bourse de Chicago à New York).

  13. J’adore les explications techniques sur les objets/équipements qui font notre monde au quotidien mais que l’on connait finalement assez peu.

  14. Merci pour cet article, c’est vrai que je ne comprenais pas tout à fait la différence entre les deux, maintenant c’est un peu plus clair. Merci.

  15. Merci pour ces informations.
    Je trouve cela très intéressant, je vais mourir moins c** !
    J’aime tout vos articles « cote sciences » merci.

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