Voir la source de Atténuation

{{Voir homonymes|Atténuation (homonymie)}}

En [[électronique (technique)|électronique]], l’'''atténuation''' ou '''affaiblissement''' est la diminution relative de la [[Puissance (physique)|puissance]] d'un signal au cours de sa transmission. C'est la quantité par laquelle il faut multiplier la valeur du signal à la sortie pour obtenir celle à l'entrée de la section considérée.
[[Fichier:Tastkopf.jpg|vignette|upright=0.5|Sonde]]
{{exemple|nom=Exemple|
Une sonde de mesure d'[[oscilloscope]] d'atténuation 10× transmet à l'appareil un signal ''dix fois plus faible'' qu'au point de mesure.

Il faut multiplier par 10 la valeur lue sur l'instrument (sortie de la sonde) pour obtenir la valeur mesurée (entrée de la sonde).
}}

L'atténuation, que ce soit dans une [[ligne de transmission]] ou dans un [[faisceau hertzien]], est une grandeur importante dans les [[télécommunications]], dont elle est un facteur limitatif. Dans les circuits électroniques, les montages atténuateurs servent pour l'adaptation du niveau du signal entre des parties d'un appareil, sans en modifier d'autre part les caractéristiques.

Ce concept sert aussi en [[acoustique]], notamment en [[acoustique environnementale]] pour le calcul de l'[[isolation phonique]]. Les différentes formes d’atténuation fonction de la [[longueur d’onde]] interviennent également en optique, pour caractériser l’évolution du [[spectre électromagnétique|spectre]] d’un [[rayonnement électromagnétique]] traversant un milieu donné.

== Définitions ==

{{voir|Grandeur multiplicative}}

=== Atténuation d’un signal ===

L'atténuation est {{citation|le rapport des valeurs de grandeurs de même nature à l'entrée et à la sortie d'un dispositif ou d'un système<ref>{{lien web|url=http://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=312-06-06 |titre=Electropedia 312-06-06 « affaiblissement »}}.</ref>.}}
{{énoncé|définition|
''atténuation'' {{=}} (''valeur efficace en entrée'') ÷ (''valeur efficace en sortie'')
}}
Ce rapport s'exprime souvent en [[décibel]]s<ref>{{Ouvrage |prénom1=Richard |nom1=Taillet |prénom2=Loïc |nom2=Villain |prénom3=Pascal |nom3=Febvre |titre=Dictionnaire de physique |lieu=Bruxelles |éditeur=[[De Boeck]] |année=2013 |passage=50 |isbn= |id=dicPhys}}.</ref>. Dans ce cas, la grandeur pertinente est implicitement la [[puissance (physique)|puissance]] et on considère la [[valeur efficace]]. L'atténuation est l'[[inverse]] du [[Gain (électronique)|gain]]. On parle d'atténuation pour un gain inférieur à 1, s'il est exprimé en rapport, ou négatif, s'il est exprimé en décibels.

=== Atténuation ou affaiblissement linéïque ===

L''''affaiblissement linéïque''' ou '''atténuation par unité de longueur''' est une caractéristique d'une [[ligne de transmission]] qui indique que la puissance du signal subit une [[décroissance exponentielle]] selon la distance :
{{énoncé|définition|
atténuation {{=}} <math>\mathrm e^{-\alpha l},</math><br />où α est l'atténuation linéïque en [[néper]] par unité de longueur et <math>l</math> la distance.
}}
On exprime couramment l'affaiblissement linéïque en décibels par kilomètre (valant environ {{unité|0.23|néper/km}})<ref name="lineique">{{Ouvrage|prénom1=Pierre-Gérard|nom1=Fontolliet|titre=Systèmes de télécommunications|sous-titre=Traité d'électricité, volume XVIII|lieu=Lausanne|éditeur=Presses polytechniques et universitaires romandes|année=1999|passage=71|isbn=|lire en ligne=https://books.google.com/books?id=Z5_3AAKZJBsC&pg=PA71}} ;<br />Electropedia [http://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=103-10-18 103-10-18 « exposant linéique de propagation »], [http://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=103-10-19 103-10-19 « affaiblissement linéique »], [http://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=103-10-20 103-10-20 « déphasage linéique »].</ref>.

L'atténuation des ondes au cours de leur [[Propagation des ondes radio|propagation]] est d'abord géométrique, qui, suivant la [[loi en carré inverse]], est proportionnelle au carré de la distance parcourue. À cette atténuation géométrique s'ajoutent les pertes dans le milieu.

== Circuits électroniques ==
{{article détaillé|Diviseur de tension}}
Dans un [[circuit électronique]], analysé comme un [[quadripôle]], on parle d'atténuation dans le contexte du [[traitement du signal]], lorsque
# le signal en sortie s'exprime dans la même grandeur (tension ou courant) que celle de l'entrée ;
# le rapport entre la puissance du signal de sortie et celle du signal d'entrée est inférieur à 1 ;
# ce rapport est indépendant de la fréquence dans le domaine considéré.

Dans les autres cas, on se réfère, plus généralement, à la [[fonction de transfert]]. Quand le rapport entre les grandeurs d'entrée et de sortie dépend principalement de la fréquence, on parle de [[filtre électronique]]. Le [[diagramme de Bode]] représente l'atténuation en fonction de la fréquence.

On appelle ''atténuateur'' un circuit [[diviseur de tension]], composé souvent uniquement de [[résistance (composant)|résistances]], dont l'atténuation ne dépend pas de la fréquence dans la [[bande passante]] considérée.

L'atténuation provoquée par un atténuateur dépend de l'impédance de sortie de la source et de l'impédance d'entrée de la destination.

Quand cet atténuateur doit s'insérer dans une [[ligne de transmission]], son impédance d'entrée et son impédance de sortie doivent être égales à l'[[impédance caractéristique]] de la ligne.

== Lignes de transmission ==
{{article détaillé|Ligne de transmission|Équations des télégraphistes}}
L'atténuation dépend généralement de la [[fréquence]] et peut s'exprimer par un [[nombre complexe]], exprimant le rapport des [[amplitude]]s et le [[Phase (onde)|déphasage]] de la sortie par rapport à l'entrée à une fréquence donnée. Dans un [[circuit électronique]], cette expression est donnée par la [[fonction de transfert]]. Dans une [[ligne de transmission]], c'est le ''coefficient de propagation'' ou ''exposant linéique de propagation'', dont la partie réelle s'appelle ''affaiblissement linéique'' et  s'exprime en [[néper]]s par kilomètre, et la partie imaginaire, ''déphasage linéique'' et s'exprime en [[radian]]s par kilomètre<ref name="lineique" />.

On se contente souvent d'indiquer la diminution de la puissance du signal ou de la [[fréquence porteuse|porteuse]] par unité de longueur, le plus souvent en décibels par kilomètre, quand c'est plus opportun, en décibels par centaines de mètres<ref>{{chapitre|id=RFS|langue=en|auteur=[[Radio Frequency Systems]]|titre chapitre=Coaxial transmission lines|titre ouvrage=Technical Information|année=2006 |passage=640,644|lire en ligne=http://www2.rfsworld.com/RFS_Edition4/pdfs/TechInfo_Edition4_639-672.pdf}}.</ref>.

L'atténuation dans une ligne de longueur donnée s'obtient en multipliant l'atténuation linéïque par longueur dans l'unité indiquée.

Cette grandeur concerne aussi les transmissions par [[fibre optique]]<ref>{{lien web|auteur institutionnel=[[Commission électrotechnique internationale]]|url=http://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=731-01-48 |titre=Electropedia 731-01-48}}.</ref>.

=== Boucle locale de télécommunications ===
L'atténuation affecte la capacité de réception et de transmission des abonnés qui reçoivent des signaux numériques [[ADSL]] sur [[ligne téléphonique]] classique, une [[paire torsadée]]. L'atténuation, qui dépend du calibre du câble, est proportionnelleà la longueur de la ligne jusqu'au répartiteur de lignes raccordé au [[Digital subscriber line access multiplexer|DSLAM]], un équipement qui relie la boucle locale (xDSL) au réseau de transport (ATM/Ethernet) et à la racine carrée de la fréquence.

Si, pour un abonné, l'atténuation est excessive, son [[modem]] tentera d'établir une liaison à plus basse fréquence, limitant de ce fait le [[débit numérique]].

Voici les valeurs de l'[[Autorité de régulation des communications électroniques, des postes et de la distribution de la presse|ARCEP]] à {{unité|300|kHz}} pour l’atténuation selon le calibre du câble (valeur théorique sur un câble en bon état)<ref>Gouvernement français, [https://ant.cerema.fr/actualites/affaiblissement-des-signaux-xdsl-explications-et-details-techniques], 11 janvier 2007 indiquant comme source [http://wallu.pagesperso-orange.fr/pag-pairedecuivre.htm La paire de cuivre et les interférences] (consultés le 5 mars 2020).</ref> :
* {{unité|15|dB par km}} pour un calibre de 4/10
* {{unité|12.4|dB par km}} pour un calibre de 5/10
* {{unité|10.3|dB par km}} pour un calibre de 6/10
* {{unité|7.9|dB par km}} pour un calibre de 8/10

== Ondes ==
Les ondes, en champ libre, c'est-à-dire en l'absence d'obstacle, subissent une atténuation géométrique, du fait que la puissance propagée par le [[front d'onde]] se répartit sur une aire quadruple chaque fois que la distance à la source double<ref>[http://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=881-03-28 Electropedia 881-03-28 « atténuation géométrique »].</ref> ; elles suivent une [[loi en carré inverse]].

L'[[affaiblissement de propagation]] comprend en plus les effets de l’absorption, de la [[diffusion des ondes|diffusion]] de l'énergie rayonnée par le milieu, et globalement tous les effets qui contribuent à des pertes.

On parle d'atténuation principalement en ce qui concerne les ondes [[acoustique]]s, y compris [[infrason]]s et [[ultrason]]s et les ondes électromagnétiques ([[ondes hertziennes]]).

=== Ondes électromagnétiques ===
[[Image:Micrwavattrp.png|thumb|Diagramme d'atténuation d'un signal électromagnétique dans l'[[atmosphère terrestre|atmosphère]] selon la fréquence]]
{{Article détaillé|Affaiblissement de propagation}}
L'atténuation dans l'atmosphère des ondes électromagnétiques affecte la transmission des communications radio, de la télévision, des téléphones mobiles, des satellites, des radars, etc. Le calcul prévisionnel de cette atténuation doit prévoir le type d'instrument à utiliser et les relais à installer. L'état de l'atmosphère et les [[précipitations]] font varier l'absorption de l'air. Les obstacles (édifices, relief, etc.) causent de la diffusion, de la [[réfraction]] et des réflexions multiples qui s'ajoutent au signal et font varier l'atténuation effective considérablement d'un endroit à un autre, même proche.

=== Ondes sonores ===
L'atténuation d'un [[Son (physique)|son]], et plus généralement, d'une vibration, est le rapport de la puissance existant entre deux points de mesure.

La plupart des milieux présentant une [[viscosité]] sont [[Permittivité|dissipatifs]] : la propagation des vibrations s'accompagne de dissipation d'énergie acoustique sous forme de [[Transfert thermique|chaleur]], qui s'ajoute à l'atténuation géométrique, si la propagation se fait en champ libre. Les nombreuses applications d'appareils de diagnostic par [[échographie]] utilisant les [[ultrason]]s en médecine, en études des matériaux et en sécurité se basent sur les recherches sur l'atténuation à ces fréquences. Entre autres, la mesure de l'atténuation dans un milieu [[wikt:hétérogène|hétérogène]], comme les [[émulsion]]s et les [[colloïde]]s, donne de l'information sur la [[Loi de probabilité|distribution]] de diamètre des particules et en [[rhéologie]], la variation du coefficient d'atténuation donne une indication sur la variation d'écoulement de la matière ainsi que sa viscosité. En isolation acoustique et vibratoire, on cherche à fabriquer des milieux aussi dissipatifs que possible.

L'atténuation du son dépend du médium traversé et de sa [[phase (thermodynamique)|phase]]. La [[Gradient thermique adiabatique|stabilité thermodynamique]] d'un fluide, comme l'atmosphère, l'influence fortement : plus le milieu est stable, moins le signal est dispersé.

Dans l'air, l’absorption du son augmente avec la fréquence, et diminue quand l’humidité augmente. Cette atténuation par dissipation énergétique (l'énergie sonore se transforme en chaleur) s'ajoute à l'atténuation géométrique.

On parle d'atténuation également pour des dispositifs et matériaux destinés à l'[[isolation phonique]] et à la [[Casque antibruit|protection individuelle]] contre le bruit.

L'atténuation d'une paroi est le rapport entre la [[pression acoustique]] mesurée de part et d'autre. Elle augmente avec la fréquence et suit la [[loi des masses]] :
* elle croît avec la fréquence considérée ;
* elle croît avec la [[masse surfacique]] de la paroi.

== Coefficient d'atténuation ==
{{Article détaillé|Coefficient d'extinction|Absorbance}}
Le ''coefficient d'atténuation'' ou ''coefficient d'extinction'' décrit la diminution d'un phénomène décroissant, dans les domaines les plus divers. C'est ainsi que dans la noblesse, {{citation|le nombre des noms de famille diminue : le coefficient d'extinction est de 0,28% par an}}. Le coefficient semble ici n'être autre que le taux de décroissance<ref>{{article|prénom=V de|nom=L|titre=Bibliographie critique : Grange (Cyril), Les gens du Bottin Mondain, 1903-1987 |périodique=Population |année=1996 |volume=51 |numéro=4 |passage=1062}}.</ref>.

Le coefficient d'atténuation, comme propriété d'un milieu, décrit la diminution d'intensité d'un rayonnement qui le traverse. Il dépend de l'énergie de ce rayonnement.
* Dans le [[dosage colorimétrique]], c'est un rayonnement lumineux, dont la [[longueur d'onde]] décrit en général l'énergie<ref>{{harvsp|id=dicPhys|texte= Dic. Physique|p=120}} ; [http://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=845-04-76 Electropedia 845-04-76 « coefficient d'atténuation linéique spectral »] ; le [http://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=845-04-79 « coefficient d'atténuation massique spectral »] (Electropedia 845-04-79) est le quotient du coefficient d'atténuation linéique spectral par la masse volumique du milieu.</ref> ;
* en [[radiologie]], on donne l'énergie photonique, et le coefficient d'atténuation qui s'exprime comme la quantité ''μ'' dans l'expression ''μ''&nbsp;d''x'' est appelé coefficient d'atténuation linéique, massique, molaire ou atomique selon que d''x'' est exprimé en unités de longueur, ou en masse, moles ou atomes par unité de surface<ref>[http://www.electropedia.org/iev/iev.nsf/display?openform&ievref=881-04-25 Electropedia 881-04-25 « coefficient d'atténuation »].</ref> ;
* en exploration par ultrasons on utilise la [[fréquence]]<ref name=Zagzebski>{{Ouvrage|langue=en|titre=Essentials of Ultrasound Physics|auteur=James A. Zagzebski|éditeur=Mosby Inc.|date=1996}}</ref>.
Dans tous les cas, le coefficient rapporte l'atténuation à la longueur du trajet dans milieu traversé{{note|groupe=alpha|L'unité peut être le centimètre en imagerie médicale, aussi bien que le mètre s'il s'agit de la pénétration des rayons solaires dans les eaux des mers et des lacs ou de l'atténuation des impulsions du [[sonar]].}}, et à la [[largeur de bande]] considérée, de façon à permettre l'[[intégration (mathématiques)|intégration]] des coefficients à bande étroite dans une bande large.

Le coefficient d'extinction ou d'atténuation d'une substance particulière est pour les rayonnements lumineux, l'[[absorbance]] spécifique de ce matériau. Il prend en compte, en plus de l'[[Absorption (optique)|absorption]] exprimée par le [[coefficient d'absorption]], les effets dus à la [[diffusion des ondes|diffusion]] et à la [[luminescence]]<ref>{{Ouvrage|langue=en|éditeur=[[Union internationale de chimie pure et appliquée|IUPAC]] |titre=Compendium of Chemical Terminology, {{2e}} édition |date=1997}}</ref>. Pour les ondes acoustiques, le coefficient d'atténuation regroupe identiquement l'ensemble des pertes subies en traversant le matériau. Il dépend, en plus des propriétés d'absorption du matériau, de la présence et de la forme de particules, de la [[turbidité]], et de tous facteurs qui peuvent affecter la transmission<ref>{{Ouvrage|langue=en|auteur1=Bohren,C. F. et Huffman, D.R.|titre=Absorption and Scattering of Light by Small Particles|éditeur=[[John Wiley & Sons|Wiley]]|année=1983|pages totales=544|isbn=978-0-471-29340-8|isbn10=0-471-29340-7}}.</ref>.

== Grandeurs caractéristiques d'atténuation ==
En [[radiométrie]], on définit les quantités suivantes pour un milieu de longueur ''l'' et d'indice réfraction ''n'' traversé par une lumière d'intensité incidente ''I''<sub>0</sub> et d'intensité transmise ''I''.

{| class="wikitable alternance" style="text-align:center"
! scope=col | Quantité
! scope=col | Expression
|-
|
|-
! scope=row | [[Transmittance]] ou [[facteur de transmission]] ou [[transparence]]{{sfn|Bouillot|1991|p=89}}
| align=center | <math>T = \frac{I}{I_0}</math>
|-
! scope=row | [[Épaisseur optique]]
| align=center | <math>\tau = -\ln T</math>
|-
! scope=row | [[Opacité]]{{sfn|Bouillot|1991|p=89}}
| align=center | <math>O = \frac{1}{T}</math>
|-
|
|-
! scope=row | [[Densité optique]]{{sfn|Bouillot|1991|p=89}}
| align=center | <math>D = -\log_{10} T</math>
|-
! scope=row | Atténuation (dB)
| align=center | <math>-10 \log_{10} T</math>
|-
! scope=row | {{Refnec|Atténuation linéique (dB⋅m<sup>−1</sup>)}}
| align=center | <math>-\frac{10 \log_{10} T}{l}</math>
|-
! scope=row | [[Coefficient d'atténuation linéique]] (m<sup>−1</sup>)
| align=center | <math>-\frac{\ln T}{l}</math>
|-
|
|-
! scope=row | [[Absorbance]]{{sfn|IUPAC|1997|p=9}}
| align=center | <math>A = -\log_{10} T</math>
|-
! scope=row | [[Chemin optique]] (m)
| align=center | <math>L = nl</math>
|-
! scope=row | [[Coefficient d'absorption]], absorptivité{{sfn|IUPAC|1997|p=13}} (m<sup>−1</sup>)
| align=center | <math>a = \frac{A}{L}</math> ou <math>a = \frac{A}{l}</math>
|-
! scope=row | [[Absorptivité molaire|Coefficient d'absorption molaire]] ou absorptivité molaire{{sfn|IUPAC|1997|p=947}} (m<sup>2</sup>⋅mol<sup>−1</sup>)
| align=center | <math>\epsilon = \frac{A}{cL}</math> ou <math>\epsilon = \frac{A}{cl}</math>

|}

On prêtera attention à ce que la profondeur optique est la seule de ces grandeurs à utiliser le logarithme naturel. Les autres grandeurs d’atténuation utilisent le logarithme en base dix, et plus spécifiquement le [[décibel]].

Les grandeurs sans dimension sont toutes des [[grandeur extensive|grandeurrs extensives]] ; celles ramenées à une unité de longueur sont [[grandeur intensive|intensives]] et s’expriment en {{USI|m=-1}} ([[mètre à la puissance moins un]]).

== Annexes ==
=== Articles connexes ===
* [[Gain (électronique)|Gain]]
* [[transmittance]] ou ''coefficient de transmission''
* [[Diviseur de tension]] dit aussi ''atténuateur''
* [[Absorption (optique)]]
* [[Faisceau hertzien]]

=== Notes et références ===
{{References|groupe=alpha}}
<hr />
* '''Electropedia''' ci-dessous se réfère au [http://www.electropedia.org Vocabulaire électrotechnique international] (IEC 60050) de la [[Commission électrotechnique internationale]].

{{Références|colonnes=1}}

{{portail|physique|télécommunications}}

{{DEFAULTSORT:Attenuation}}
[[Catégorie:Télécommunications]]
[[Catégorie:Acoustique]]
[[Catégorie:Concept de l'électronique]]
[[Catégorie:Traitement du signal]]
[[Catégorie:Grandeur sans dimension]]