En général, les ondes sont utilisées pour transmettre de l'énergie ou de l'information à distance. Pour transmettre de l'énergie, une simple onde monochromatique est a priori suffisante. Par contre, si l'on souhaite transmettre une information, il faut au préalable trouver un moyen d'encoder l'information dans l'onde.
Quelle information peut-on transmettre par l'intermédiaire d'une onde plane monochromatique, telle que celle illustrée ci-dessus? Aucune. L'onde monochromatique s'étend spatialement de moins l'infini à plus l'infini, dure depuis toujours, et se répète éternellement. L'onde monochromatique ne possède aucune "structure" dans laquelle encoder un message.
Pour envoyer un message, il faut moduler l'onde, par exemple son amplitude. Un exemple très simple est le suivant. Vous êtes sur une colline la nuit, et vous souhaitez informer les personnes se trouvant dans la vallée de votre présence. Vous allumez une lampe (que nous supposerons ici monochromatique pour simplifier). La modulation consiste dans ce cas à faire passer l'amplitude de l'onde de zéro (avant que vous n'allumiez la lampe) à une valeur non nulle (quand la lampe est allumée). Vous voyez bien que le message est contenu dans la modulation d'amplitude. Sans elle, il n'y aurait pas d'information transmise. Le diagramme ci-dessous illustre la dépendance spatiale du signal envoyé (en ignorant la notion de cohérence de l'onde pour simplifier).
Bien sûr, vous pourriez sophistiquer un peu votre système de codage, en décidant par exemple d'utiliser le code morse pour expédier un message plus complexe. Dans ce cas, vous émettriez des pulses de lumière, des petits trains d'onde, dont la longueur et la succession dans le temps pourront être décodées dans la vallée. Ce qui, pour la lettre "P" (.--. ) par exemple, donnerait à peu près ceci :
Au lieu du code morse, vous pourriez aussi décider d'envoyer régulièrement des pulses de même longueur temporelle, un pulse correspondant à un 1 logique, l'absence de pulse correspondant à un 0 logique. A l'aide d'une table binaire (le code ASCII, ou la numération binaire par exemple), vous pourriez encore une fois expédier un message dans la vallée. Ces deux exemples correspondent à une modulation de l'amplitude de l'onde porteuse.
On pourrait aussi considérer un transport d'information basé sur une modulation de la fréquence de l'onde porteuse. Par exemple, vous prenez une lampe polychromatique (la lumière est blanche), et vous placez dans le faisceau une feuille de plastique transparent bleue ou rouge. La lumière rouge signifie "1", la lumière bleue signifie "0". Ici, vous modifiez la fréquence de l'onde porteuse pour transmettre le message. La dépendance spatiale du signal envoyée est représentée très schématiquement ci-dessous.
Ces exemples sont évidemment très simples, et vous pourriez en imaginer bien d'autres. Ils sont cependant représentatifs des moyens utilisés couramment pour transporter de l'information à l'aide d'ondes (pensez aux ondes radios, "AM" - modulation d'amplitude, et "FM" - modulation de fréquence; aux pulses de lumière qui circulent dans les fibres optiques du réseau internet; etc.). Ici, nous allons nous restreindre au cas très simple de la modulation d'amplitude, et encore nous ne l'aborderons que de manière très simplifiée de façon à vous amener à réfléchir sur la notion de "vitesse de groupe". Vous aurez l'occasion l'année prochaine (je veux dire en 13!) d'explorer ce qu'est un signal à l'aide d'outils mathématiques plus appropriés, comme la transformée de Fourier.