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disque optique

La surface inférieure d'un disque compact ( CD-R ) de 12 cm , présentant une irisation caractéristique. La lentille optique d'un lecteur de disque compact Un disque optique est ...

La surface inférieure d'un disque compact ( CD-R ) de 12 cm , présentant une irisation caractéristique.
La lentille optique d'un lecteur de disque compact
analogiques , numériques ou un mélange des deux. Leurs principales applications sont la distribution de supports et de données électroniques , ainsi que l' archivage .

en polycarbonate ) qui constitue la majeure partie du disque et forme une couche de défocalisation contre la poussière. Le motif d'encodage suit une trajectoire en spirale continue qui couvre toute la surface du disque et s'étend de la piste la plus intérieure à la piste la plus extérieure.

Les données sont stockées sur le disque à l'aide d'un laser ou d' une machine à estamper , et peuvent être consultées lorsque le chemin de données est illuminé par une diode laser dans un lecteur de disque optique qui fait tourner le disque à des vitesses d'environ 200 à 4 000 tr/min ou plus, selon le type de lecteur, le format du disque et la distance de la tête de lecture par rapport au centre du disque (les pistes extérieures sont lues à une vitesse de données plus élevée en raison de vitesses linéaires plus élevées pour des vitesses angulaires identiques ).

La plupart des disques optiques présentent une irisation caractéristique due au réseau de diffraction formé par leurs rainures. Cette face du disque contient les données et est généralement recouverte d'un matériau transparent, généralement de la laque .

Le verso d'un disque optique comporte généralement une étiquette imprimée, parfois en papier, mais souvent imprimée ou estampée directement sur le disque. Contrairement aux disquettes 3 pouces et demi , la plupart des disques optiques ne possèdent pas de boîtier de protection intégré et sont donc sensibles aux problèmes de transfert de données dus aux rayures, aux traces de doigts et à d'autres facteurs environnementaux. Les disques Blu-ray sont dotés d'un revêtement appelé Durabis qui atténue ces problèmes.

Les disques optiques ont été proposés avec des diamètres allant de µm (pour les CD) à 320 nm (pour les disques Blu-ray ).

Types d'enregistrement

Un disque optique est conçu pour supporter l'un des trois types d'enregistrement suivants : lecture seule (comme les CD et CD-ROM ), enregistrable (à écriture unique, comme les CD-R ) ou réinscriptible (comme les CD-RW ). Les disques optiques à écriture unique possèdent généralement une couche d'enregistrement à colorant organique (qui peut également être un colorant azoïque de type phtalocyanine , principalement utilisé par Verbatim , ou un colorant oxonol, utilisé par Fujifilm ) entre le substrat et la couche réfléchissante. Les disques réinscriptibles contiennent généralement une couche d'enregistrement en alliage composée d'un matériau à changement de phase , le plus souvent AgInSbTe , un alliage d' argent , d'indium , d'antimoine et de tellure . Les colorants azoïques ont été introduits en 1996 et la phtalocyanine n'a commencé à être largement utilisée qu'en 2002. Le type de colorant et le matériau utilisé sur la couche réfléchissante d'un disque optique peuvent être déterminés en faisant passer une lumière à travers le disque, car différentes combinaisons de colorants et de matériaux ont des couleurs différentes.

Les disques Blu-ray enregistrables n'utilisent généralement pas de couche d'enregistrement à colorant organique, mais une couche inorganique. Ceux qui en utilisent une sont appelés disques LTH (Low-to-High) et peuvent être fabriqués sur les lignes de production de CD et de DVD existantes, mais leur qualité est inférieure à celle des disques Blu-ray enregistrables traditionnels.

Systèmes de fichiers

Les systèmes de fichiers spécifiquement créés pour les disques optiques sont l'ISO9660 et le format de disque universel (UDF).

Le format ISO9660 peut être étendu grâce à l'extension Joliet afin de prendre en charge des noms de fichiers plus longs que le format ISO9660 standard. L'extension Rock Ridge permet de prendre en charge des noms de fichiers encore plus longs et des permissions de fichiers de type Unix/Linux, mais elle n'est pas reconnue par Windows ni par les lecteurs DVD et autres périphériques similaires capables de lire des disques de données.

Pour assurer la compatibilité multiplateforme , plusieurs systèmes de fichiers peuvent coexister sur un même disque et référencer les mêmes fichiers.

Usage

Les disques optiques sont principalement utilisés pour la préservation numérique , le stockage de musique (notamment pour une lecture sur lecteur CD ), de vidéo (par exemple pour une lecture sur lecteur Blu-ray ), ou de données et de programmes pour ordinateurs personnels (PC), ainsi que pour la distribution hors ligne de données sur support physique , grâce à leur prix unitaire inférieur à celui d'autres supports. L' Optical Storage Technology Association (OSTA) a promu la normalisation des formats de stockage optique .

Les bibliothèques et les archives mettent en œuvre des procédures de préservation des supports optiques afin d'assurer leur utilisation continue sur le lecteur de disque optique de l'ordinateur ou sur le lecteur de disque correspondant.

Les opérations sur les fichiers des périphériques de stockage de masse traditionnels tels que les clés USB , les cartes mémoire et les disques durs peuvent être simulées à l'aide d'un système de fichiers UDF en direct.

Pour la sauvegarde et le transfert physique des données informatiques, les disques optiques tels que les CD et les DVD sont progressivement remplacés par des dispositifs à semi-conducteurs plus rapides et plus petits, notamment les clés USB . Cette tendance devrait se poursuivre à mesure que la capacité des clés USB augmente et que leur prix diminue.les disques vinyles et les cassettes audio ) contiennent un son non compressé, sans les artefacts introduits par les algorithmes de compression avec perte tels que le MP3 . Quant aux Blu-ray, ils offrent une meilleure qualité d'image et de son que le streaming, sans artefacts de compression visibles, grâce à des débits binaires plus élevés et à une plus grande capacité de stockage. Toutefois, si le téléchargement de Blu-ray via torrent est parfois possible , cette option peut s'avérer impossible pour certains utilisateurs, en raison des restrictions imposées par les fournisseurs d'accès à Internet pour des raisons légales ou de droits d'auteur, de la faible vitesse de téléchargement ou du manque d'espace de stockage disponible, le contenu pouvant peser plusieurs dizaines de gigaoctets. Le Blu-ray est parfois la seule option pour ceux qui souhaitent jouer à des jeux volumineux sans avoir à les télécharger via une connexion internet instable ou lente. C'est pourquoi il est encore largement utilisé (en 2020) par les consoles de jeux comme la PlayStation 4 et la Xbox One X. En 2020, il était rare de trouver des jeux PC disponibles sur un support physique comme le Blu-ray.

Les disques optiques sont généralement rangés dans des boîtiers spéciaux , parfois appelés boîtiers CD . Les disques ne doivent comporter aucune étiquette ni être rangés avec du papier ; ce dernier doit être retiré du boîtier avant le rangement. Les disques doivent être manipulés par les bords pour éviter les rayures, en plaçant le pouce sur le bord intérieur. La norme ISO 18938:2014 décrit les meilleures pratiques de manipulation des disques optiques. Le nettoyage des disques optiques ne doit jamais être effectué en mouvements circulaires afin d'éviter la formation de cercles concentriques. Un nettoyage inapproprié peut rayer le disque. Les disques enregistrables ne doivent pas être exposés à la lumière pendant des périodes prolongées. Pour prolonger leur durée de vie, les disques optiques doivent être conservés dans un endroit sec et frais, à une température comprise entre -10 et 23 °C, sans jamais dépasser 32 °C, et avec une humidité relative ne descendant jamais en dessous de 10 %. Il est recommandé de les conserver à une humidité relative comprise entre 20 et 50 %, sans fluctuations supérieures à ±10 %.

Durabilité

Les disques optiques ne sont pas sensibles à l'eau.

Bien que les disques optiques soient plus résistants que les formats de stockage audiovisuel et de données antérieurs, ils sont sensibles aux dommages environnementaux et liés à l'utilisation quotidienne, s'ils sont manipulés incorrectement.

Les disques optiques ne sont pas sujets à des pannes catastrophiques incontrôlables telles que des collisions de têtes , des surtensions ou une exposition à l'eau comme les disques durs et le stockage flash , car les contrôleurs de stockage des lecteurs optiques ne sont pas liés aux disques optiques eux-mêmes comme c'est le cas pour les disques durs et les contrôleurs de mémoire flash , et un disque est généralement récupérable d'un lecteur optique défectueux en poussant une aiguille non pointue dans le trou d'éjection d'urgence, et ne présente aucun point d'entrée d'eau immédiat ni de circuit intégré.

Sécurité

Comme le support lui-même n'est accessible que par un faisceau laser et ne possède aucun circuit de contrôle interne, il ne peut pas contenir de matériel malveillant de la même manière que les dispositifs dits « rubber-duckies » ou les « USB killers » . À l'instar de tout support de stockage de données, les disques optiques peuvent contenir des données malveillantes ; ils sont susceptibles de contenir et de propager des logiciels malveillants , comme ce fut le cas lors du scandale du rootkit de protection contre la copie de Sony BMG en 2005, où Sony a utilisé ses disques à mauvais escient en les préchargeant avec un logiciel malveillant.

De nombreux types de disques optiques sont pressés en usine ou finalisés pour une lecture ou une écriture unique et sont donc inefficaces pour la propagation de vers informatiques conçus pour se propager en se copiant sur des supports optiques, car les données sur ces disques ne peuvent plus être modifiées une fois pressées ou écrites. Cependant, les technologies de disques réinscriptibles (comme le CD-RW ) sont capables de propager ce type de logiciel malveillant.

Histoire

Un disque optique analogique antérieur enregistré en 1935 pour
Lichttonorgel et système de disque optique

La première utilisation historique enregistrée d'un disque optique remonte à 1884, lorsque Alexander Graham Bell , Chichester Bell et Charles Sumner Tainter ont enregistré du son sur un disque de verre à l'aide d'un faisceau lumineux.

L'optophonie est un exemple très ancien (1931) d'un dispositif d'enregistrement utilisant la lumière pour enregistrer et lire des signaux sonores sur une photographie transparente.

Un système de disque optique analogique primitif existait en 1935, utilisé sur l'orgue échantillonneur David Paul Gregg en 1958 et breveté aux États-Unis en 1961 et 1969. Ce type de disque optique était une forme très ancienne du DVD ( des redevances pour DVA (Digital Video Applied Technology) de Pioneer Corporation jusqu'en 2007, couvrant alors les systèmes CD, DVD et Blu-ray. Au début des années 1960, la Music Corporation of America a racheté les brevets de Gregg et sa société, Gauss Electrophysics.

L'inventeur américain James T. Russell est reconnu pour avoir inventé le premier système d'enregistrement d'un signal numérique sur une feuille optiquement transparente éclairée par l'arrière par une lampe halogène de forte puissance. Sa demande de brevet fut déposée en 1966 et il obtint son brevet en 1970. À la suite d'un litige, Sony et Philips obtinrent une licence pour les brevets de Russell (alors détenus par une société canadienne, Optical Recording Corp.) dans les années 1980.

Les disques de Gregg et de Russell sont tous deux des supports de lecture sur disquette en mode transparent, ce qui impose de sérieux inconvénients. Après cela, quatre générations de lecteurs optiques ont été développées, dont le Laserdisc (1969), le WORM (1979), les disques compacts (1984), le DVD (1995), le Blu-ray (2005), le HD-DVD (2006), et d'autres formats sont actuellement en développement.

Première génération

À leurs débuts, les disques optiques étaient des supports en lecture seule utilisés pour stocker de la vidéo analogique de qualité professionnelle, puis des données numériques comme de la musique ou des logiciels. Le format LaserDisc, destiné à la distribution de vidéos familiales , a été supplanté commercialement par le format VHS , principalement en raison de son coût élevé et de l'impossibilité de le réenregistrer. Les autres formats de disques de première génération étaient conçus uniquement pour stocker des données numériques et n'étaient pas initialement compatibles avec la lecture de vidéos numériques .

La plupart des lecteurs de disques de première génération étaient équipés d'une tête de lecture laser infrarouge . La taille minimale du point laser étant proportionnelle à sa longueur d'onde, cette dernière limite la quantité d'informations stockables sur une surface donnée du disque. Le spectre infrarouge se situant au-delà des grandes longueurs d'onde du spectre visible, sa densité de stockage est inférieure à celle des disques à lumière visible de plus courte longueur d'onde. À titre d'exemple, un disque compact de 12 cm peut contenir jusqu'à 700 Mo de données utilisateur nettes grâce à la technologie laser infrarouge.

Parmi les autres facteurs qui affectent la densité de stockage des données, on peut citer : l'existence de plusieurs couches de données sur le disque, la méthode de rotation ( vitesse linéaire constante (CLV), vitesse angulaire constante (CAV) ou CAV zonée), la composition des surfaces planes et des creux, et la marge inutilisée au centre et sur le bord du disque.

Sony et Philips ont développé la première génération de CD au milieu des années 1980, en définissant les spécifications complètes de ces appareils. Grâce à cette technologie, la conversion du signal analogique en signal numérique a été largement exploitée. À cette fin, les échantillons 16 bits du signal analogique étaient prélevés à une fréquence de 44 100 échantillons par seconde . Cette fréquence d'échantillonnage était basée sur la fréquence de Nyquist de 40 000 échantillons par seconde, nécessaire pour couvrir la gamme de fréquences audibles jusqu'à 20 kHz sans repliement de spectre, avec une tolérance supplémentaire pour permettre l'utilisation de préfiltres audio analogiques imparfaits afin d'éliminer les hautes fréquences. La première version de la norme autorisait jusqu'à 74 minutes de musique ou 650 Mo de stockage de données.

Types de disques optiques en lecture seule :

Laserdisc

Aux Pays-Bas , en 1969, le physicien de recherche de Philips , Pieter Kramer, a inventé un vidéodisque optique en mode réflectif avec une couche protectrice lue par un faisceau laser focalisé Laserdisc tant attendu à Atlanta . MCA fournissait les disques et Philips les lecteurs. Cependant, la présentation fut un échec commercial et la coopération prit fin.

Au Japon et aux États-Unis, Pioneer a connu le succès avec le Laserdisc jusqu'à l'arrivée du DVD. En 1979, Philips et Sony , en consortium, ont développé avec succès le disque compact audio .

CD-ROM

Le format CD-ROM a été développé par Sony et Philips , introduit en 1984, comme une extension du Compact Disc Digital Audio et adapté pour contenir tout type de données numériques. La même année, Sony a présenté un format de stockage de données LaserDisc , avec une capacité de 3,28 Go.

Types de disques optiques enregistrables

Entraînement magnéto-optique

Les disques magnéto-optiques sont des supports effaçables, c'est-à-dire qu'ils peuvent être écrits et lus de nombreuses fois. Les premiers disques et lecteurs ont été commercialisés fin 1987 et début 1988 par Sharp , MCI , Sony et d'autres fabricants, tous utilisant l'interface SCSI. La capacité variait de 512 Mo sur les disques de 130 mm à 160 Mo sur les disques de 90 mm. En 1998, plus de 50 modèles étaient proposés par 12 fabricants, avec des disques de 86 et 130 mm de diamètre et des capacités allant jusqu'à 2 600 Mo, la quasi-totalité utilisant l'interface SCSI.

Disque à vis sans fin

En 1979, Exxon STAR Systems, à Pasadena (Californie), a construit un lecteur WORM contrôlé par ordinateur utilisant des couches minces de tellure et de sélénium sur un disque de verre de 30,5 cm de diamètre. Le système d'enregistrement utilisait une lumière bleue à 457 nm pour l'écriture et une lumière rouge à 632,8 nm pour la lecture. STAR Systems a été rachetée par Storage Technology Corporation (STC) en 1981 et transférée à Boulder (Colorado). Le développement de la technologie WORM s'est poursuivi avec des substrats en aluminium de 35,6 cm de diamètre. Les tests bêta des lecteurs de disques, initialement baptisés Laser Storage Drive 2000 (LSD-2000), n'ont rencontré qu'un succès mitigé. De nombreux disques ont été expédiés aux laboratoires RCA (aujourd'hui Centre de recherche David Sarnoff) pour être utilisés dans le cadre des travaux d'archivage de la Bibliothèque du Congrès. Les disques STC utilisaient une cartouche scellée avec une fenêtre optique pour la protection ( l'ouverture numérique plus importante permettent un faisceau lumineux plus étroit, autorisant ainsi des creux et des zones planes plus petits sur le disque. Au format DVD, cela permet un stockage de 4,7 Go sur un disque standard de 12 cm, simple face et simple couche ; par ailleurs, des supports plus petits, tels que le format DataPlay , peuvent offrir une capacité comparable à celle du disque compact standard de 12 cm.

DVD-ROM

En 1995, un consortium de fabricants (Sony, Philips, Toshiba , Panasonic ) a développé la deuxième génération du disque optique, le DVD . Le disque DVD est apparu après que le CD-ROM se soit largement répandu dans la société.

Troisième génération

Les disques optiques de troisième génération sont utilisés pour la distribution de vidéos haute définition et de jeux vidéo. Ils offrent des capacités de stockage de données supérieures grâce à l'utilisation de lasers à lumière visible de courte longueur d'onde et d'ouvertures numériques plus importantes. Les disques Blu-ray et HD DVD utilisent des lasers bleu-violet et des systèmes de focalisation à plus grande ouverture, adaptés aux disques présentant des creux et des bosses moins marqués, ce qui permet d'accroître la capacité de stockage de données par couche. En pratique, la capacité de présentation multimédia effective est améliorée grâce à des codecs de compression vidéo plus performants tels que H.264/MPEG-4 AVC et VC-1 .

Annoncé mais pas encore publié :

Blu-ray et HD-DVD

La troisième génération de disques optiques a été développée entre 2000 et 2006 et commercialisée sous le nom de Blu-ray. Les premiers films sur Blu-ray sont sortis en juin 2006. Le Blu-ray a finalement triomphé du HD DVD , son concurrent direct, dans la guerre des formats de disques optiques haute définition . Un disque Blu-ray standard peut contenir environ 25 Go de données, un DVD environ 4,7 Go et un CD environ 700 Mo.

Comparaison de différents supports de stockage optique

Quatrième génération

Les formats suivants vont au-delà des disques de troisième génération actuels et ont le potentiel de contenir plus d'un téraoctet (1 To ) de données et au moins certains sont destinés au stockage de données à froid dans les centres de données : Blu-ray Ultra HD

  • Disque d'archivage
  • Archives optiques sur disque
  • Annoncé mais abandonné :

    Annoncé mais pas encore publié :

    En 2004, le développement du disque holographique polyvalent (HVD) a débuté, promettant le stockage de plusieurs téraoctets de données par disque. Cependant, son développement a stagné vers la fin des années 2000 faute de financement.

    En 2006, il a été rapporté que des chercheurs japonais avaient mis au point des lasers à rayons ultraviolets d'une longueur d'onde de 210 nanomètres, permettant une densité de bits supérieure à celle des disques Blu-ray. En 2022, aucune nouvelle information concernant ce projet n'avait été communiquée.

    Aperçu des types optiques

    NomCapacitéExpérimental Années
    LaserDisc (LD)N / A1971–2007
    Disque WORM (Write Once Read Many)0,2–6,0 Go1979–1984
    disque compact (CD)0,7–0,9 Go1982–présent
    Mémoire optique à piégeage d'électrons (ETOM)6,0–12,0 Go1987–1996
    MiniDisc (MD)0,14–1,0 Go1989–2025
    Disque magnéto-optique (MOD)0,1–16,7 Go1990–aujourd'hui
    Disque numérique polyvalent (DVD)4,7–17 Go1995–présent
    LIMDOW (Laser Intensity Modulation Direct OverWrite)2,6 Go10 Go1996–présent
    GD-ROM1,2 Go1997–2006
    Disque multicouche fluorescent50–140 Go1998-2003
    Disque multicouche polyvalent (VMD)5 à 20 Go100 Go1999-2010
    Hyper CD-ROM1 PB (supposément ; pas de prototype fonctionnel)100 EB (uniquement en théorie)1999–présent
    DataPlay500 Mo1999-2006
    Optique à ultra-densité (UDO)30 à 60 Go2000–aujourd'hui
    Disque polyvalent avant (FVD)5,4–15 Go2005–2006
    Disque polyvalent amélioré (EVD)DVD2002-2004
    DVD HD15–51 Go1 ToDisque Blu-ray (BD)25 Go 50 Go2002–présent
    BDXL100 Go, 128 Go1 To2010–présent
    Disque professionnel pour données (PDD)23 Go2003-2006
    Disque professionnel23–128 Go2003–présent
    Disque multicouche numérique22-32 Go2004–2007
    Stockage de données optiques multiplexées (MODS-Disc)250 Go – 1 To2004–présent
    Disque multimédia universel (UMD)0,9–1,8 Go2004–2014
    Disque holographique polyvalent (HVD)6,0 To2004–2012
    Disque recouvert de protéines (PCD)50 TB2005–2006
    M-DISC4,7 Go (format DVD) 25 Go (format Blu-ray) 50 Go (format Blu-ray) 100 Go ( format BDXL ) 2009–présent
    Disque d'archivage0,3-1 To2014–2024
    Archives optiques sur disque0,3-5,5 To2012–2024
    Blu-ray Ultra HD50 Go 66 Go 100 Go 128 Go2015–présent