Quels sont les principes scientifiques du téléphone ?

Le téléphone existe depuis plus de 100 ans, mais les principes scientifiques de base sur lesquels il fonctionne sont toujours d'actualité. Ils incluent la manipulation des ondes sonores pour les rendre faciles à transmettre. Les téléphones sans fil et cellulaires doivent aussi utiliser la transmission par radiofréquence, régie par des principes permettant des signaux clairs et fiables à travers les murs ou sur des kilomètres. Les tout premiers téléphones avaient même des magnétos intégrés pour générer leur propre électricité, basés sur le principe d'induction découvert par Michael Faraday en 1831.

Conversion d'énergie

Un composant fondamental de tout téléphone, ancien ou moderne, est le transducteur, capable de convertir une forme d'énergie en une autre. Dans les téléphones, microphones et haut-parleurs remplissent cette fonction. Un microphone convertit les ondes sonores de la voix humaine en signaux électriques transmis au téléphone destinataire. Ces signaux sont reconvertis en ondes sonores par un autre transducteur, le haut-parleur.

Radiofréquences

Les téléphones cellulaires et mobiles utilisent des radiofréquences au bas du spectre électromagnétique (EM). Plus la fréquence d'une onde EM est élevée, plus sa longueur d'onde est courte et plus elle peut voyager loin avant de se dégrader. Les ondes radio utilisées par les téléphones portables et sans fil sont définies comme des rayonnements non ionisants. Le rayonnement ionisant arrache des électrons aux molécules et peut endommager les tissus humains. Les transmissions sans fil sont plus énergétiques que la lumière visible, mais bien moins que les ondes EM comme les rayons X et gamma, qui sont des rayonnements ionisants dangereux.

Transmission duplex

Les formes basiques de téléphone incluent les radios CB et les premiers émetteurs radio militaires qui fonctionnent en simplex : ils utilisent une seule fréquence radio et ne peuvent qu'émettre ou recevoir, pas les deux simultanément. Cela les limite à environ 5 miles de portée. Les téléphones cellulaires utilisent une forme plus sophistiquée, la duplex par division de fréquence (ou simplement duplex), où le téléphone utilise plus d'une fréquence EM pour émettre et recevoir simultanément. Jusqu'à 1 664 canaux de fréquence peuvent être utilisés, permettant des connexions à bien plus grandes distances.

Trilatération

Les téléphones cellulaires ont généralement un GPS intégré se connectant aux satellites en orbite. Cela permet de localiser quelqu'un facilement en cas d'urgence, et de basculer les connexions entre tours de transmission lors de déplacements. Il y a 24 à 32 satellites GPS fonctionnels en orbite. Un téléphone doit capter les signaux d'au moins trois d'entre eux pour effectuer une trilatération, système de localisation basé sur trois points fixes dans l'espace. Comme les satellites sont en orbite fixe et transmettent en continu, les systèmes GPS téléphoniques permettent une localisation à 10 mètres près ou moins.