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La synchronisation est la coordination d'événements permettant le fonctionnement harmonieux d'un système . Par exemple, le chef d'orchestre assure la synchronisation des musiciens . Les systèmes dont toutes les parties fonctionnent de manière synchrone sont dits synchrones , tandis que ceux qui ne le sont pas sont dits asynchrones .
Aujourd'hui, la synchronisation temporelle peut s'effectuer entre des systèmes du monde entier grâce aux signaux de navigation par satellite et à d'autres techniques de transfert de temps et de fréquence .
Navigation et chemins de fer
La mesure du temps et la synchronisation des horloges constituent un enjeu crucial pour la navigation océanique au long cours. Avant la radionavigation et la navigation par satellite , les navigateurs avaient besoin d'une heure précise, combinée à des observations astronomiques, pour déterminer la position de leur navire vers l'est ou l'ouest . L'invention du chronomètre de marine précis a révolutionné la navigation maritime. À la fin du XIXe siècle, les principaux ports utilisaient des signaux horaires (canon de signalisation, pavillon ou boule horaire) pour permettre aux marins de vérifier et de corriger l'heure de leurs chronomètres.
La synchronisation était essentielle au fonctionnement des chemins de fer au XIXe siècle, car ils constituaient le premier moyen de transport majeur suffisamment rapide pour que les différences d' heure locale entre villes voisines soient perceptibles. Chaque ligne résolvait ce problème en synchronisant toutes ses gares avec le centre de contrôle, afin d'établir une heure ferroviaire standard . Dans certains territoires, les compagnies partageaient une même voie ferrée et devaient éviter les collisions. La nécessité d'une ponctualité rigoureuse a conduit les compagnies à adopter une norme unique, et les autorités civiles ont finalement abandonné l'heure locale au profit de l'heure ferroviaire.
Communication
En génie électrique , pour la logique numérique et le transfert de données, un circuit synchrone nécessite un signal d'horloge . Ce signal signale simplement le début ou la fin d'une période de temps, souvent mesurée en microsecondes ou en nanosecondes, et dont la durée est liée à tout autre système de mesure du passage des minutes, des heures et des jours.
Dans un autre sens, les systèmes électroniques sont parfois synchronisés pour faire apparaître, d'un certain point de vue, des événements se produisant en des points éloignés les uns des autres comme simultanés ou quasi simultanés. Les technologies de chronométrage telles que les satellites GPS et le protocole NTP ( Network Time Protocol ) offrent un accès en temps réel à une approximation précise de l' échelle de temps UTC et sont utilisées pour de nombreuses applications de synchronisation terrestre de ce type.
En informatique (et plus particulièrement en calcul parallèle ), la synchronisation est la coordination de threads ou de processus simultanés pour accomplir une tâche dans le bon ordre d'exécution et sans conditions de concurrence inattendues ; voir synchronisation (informatique) pour plus de détails.
La synchronisation est également un concept important dans les domaines suivants :
- Cryptographie
- synchronisation labiale
- Multimédia
- Physiologie des réseaux
- Neuroscience
- Photographie
- Physique (L'idée de simultanéité présente de nombreuses difficultés, tant en pratique qu'en théorie.)
- Rythme
- synthétiseurs
- Télécommunication
Systèmes dynamiques
La synchronisation de plusieurs systèmes dynamiques interagissant peut se produire lorsque ces systèmes sont des oscillateurs autonomes . Les oscillateurs de phase de Poincaré sont des systèmes modèles capables d'interagir et de se synchroniser partiellement au sein de réseaux aléatoires ou réguliers. Dans le cas d'une synchronisation globale d'oscillateurs de phase, une transition abrupte de l'état non synchronisé à l'état totalement synchronisé a lieu lorsque l'intensité du couplage dépasse un seuil critique. Ce phénomène est connu sous le nom de transition de phase du modèle de Kuramoto . La synchronisation est une propriété émergente qui se manifeste dans une large gamme de systèmes dynamiques, notamment la signalisation neuronale, les battements cardiaques et la synchronisation des ondes lumineuses des lucioles. Une approche unifiée permettant de quantifier la synchronisation dans les systèmes chaotiques peut être dérivée de l'analyse statistique des données mesurées.
Applications
Physiologie des réseaux
Les phénomènes de synchronisation et de synchronisation globale jouent un rôle essentiel dans le domaine multidisciplinaire de la physiologie des réseaux , qui s'intéresse à la compréhension de la manière dont les interactions dynamiques entre les systèmes et organes physiologiques humains, à différentes échelles spatio-temporelles, donnent naissance à des états émergents au niveau de l'organisme et influencent la santé humaine. La synchronisation d'amplitude, de fréquence et de phase, en tant que formes de couplage et d'interaction, sous-tend les mécanismes de réseaux biologiques et physiologiques par lesquels émergent des états, des fonctions et des comportements globaux au niveau du système et de l'organisme . La synchronisation a été observée dans divers systèmes physiologiques et à différents niveaux d'intégration, notamment le couplage cardio-respiratoire , la synchronisation de phase cardiaque materno-fœtale , la vitesse du flux sanguin cérébral en fonction de la pression artérielle périphérique lors d'un AVC , la synchronisation de la fonction synaptique neuronale , les réseaux d'organes ainsi que la synchronisation et la désynchronisation de l'EEG pendant le sommeil NREM et REM. Synchronisation et désynchronisation des ondes cérébrales au repos, à l'effort, lors de tâches cognitives, pendant le sommeil et l'éveil ; Synchronisation cortico-musculaire ; Synchronisation des cellules pancréatiques et du métabolisme ; Synchronisation des fibres musculaires intermusculaires à l'effort et en cas de fatigue ; Neuromodulation et maladies de Parkinson, dystonie et épilepsie ; Synchronisation circadienne du sommeil, de la nutrition et de l'activité physique.
Neuroscience
oscillations (synchrones et en phase) dépendantes du stimulus des populations neuronales permettent de résoudre le problème général de la liaison Selon l'hypothèse dite de la liaison par synchronisation (BBS) les impulsions neuronales (« analyse de corrélation croisée » synchronisation contourne le problème de superposition l'information (sous-)corticales ultérieures.
Sciences cognitives
En sciences cognitives, les mécanismes de synchronisation intégrative (de phase) des neuroarchitectures cognitives du connexionnisme moderne , qui incluent des oscillateurs couplés (par exemple, les « réseaux oscillatoires » ), sont utilisés pour résoudre le problème de la liaison en neurosciences cognitives dans la cognition perceptive (« liaison des traits ») et dans la cognition du langage (« liaison des variables »).
Réseaux biologiques
Il existe un concept selon lequel la synchronisation des réactions biochimiques détermine l'homéostasie biologique . Selon cette théorie, toutes les réactions se produisant dans une cellule vivante sont synchronisées en termes de quantités et d'échelles de temps pour maintenir le fonctionnement du réseau biologique .
Mouvement humain
La synchronisation des mouvements se définit comme des mouvements similaires entre deux ou plusieurs personnes synchronisées. Elle diffère du mimétisme, qui survient après un court délai. La danse en ligne et le pas militaire en sont des exemples.
La cohésion musculaire repose sur l'idée que le mouvement synchronisé suscite des émotions particulières. Ceci a donné lieu aux premières recherches sur la synchronisation des mouvements et ses effets sur les émotions humaines. Au sein des groupes, il a été démontré que la synchronisation des mouvements accroît la conformité, la coopération et la confiance.
Au sein des dyades (groupes de deux personnes), il a été démontré que la synchronisation renforce l'affiliation , l'estime de soi , la compassion et les comportements altruistes , et améliore la qualité du rapport . Lors de disputes, une diminution de la synchronisation entre les deux personnes en conflit a été observée ; toutefois, on ignore si cela est dû à une modification des émotions ou à d'autres facteurs . Il existe des preuves que la synchronisation des mouvements nécessite l'intervention d'autrui pour produire ses effets bénéfiques, car l'effet sur l'affiliation ne se manifeste pas lorsque l'un des membres de la dyade synchronise ses mouvements avec un élément extérieur à la dyade . Ce phénomène est connu sous le nom de synchronisation interpersonnelle.
L'effet réel de la synchronie dans ces études a été contesté. Les recherches dans ce domaine détaillant les effets positifs de la synchronie les attribuent à la synchronie seule ; cependant, de nombreuses expériences intègrent une intention partagée d'atteindre la synchronie. En effet, le modèle de renforcement de la coopération suggère que la perception de la synchronie renforce la conviction que la coopération est en cours, ce qui engendre les effets prosociaux de la synchronie. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour distinguer l'effet de l'intentionnalité de l'effet bénéfique de la synchronie.
Utilisations
La synchronisation est essentielle en téléphonie numérique , en vidéo et en audio numérique , où des flux de données échantillonnées sont manipulés. La synchronisation de l'image et du son constituait un problème technique majeur dans le cinéma parlant . Les applications cinématographiques, vidéo et audio plus sophistiquées utilisent le timecode pour synchroniser l'audio et la vidéo. En production cinématographique et télévisuelle, il est nécessaire de synchroniser les images vidéo provenant de plusieurs caméras. Outre son utilité pour le montage de base, la synchronisation peut également servir à la reconstruction 3D .
Dans les systèmes d'énergie électrique , la synchronisation des alternateurs est nécessaire lorsque plusieurs générateurs sont connectés à un réseau électrique.
Dans les systèmes électroniques numériques, comme les microprocesseurs, des arbitres sont nécessaires pour gérer les entrées asynchrones. Il existe également des circuits électroniques numériques appelés synchroniseurs qui tentent d'effectuer l'arbitrage en un seul cycle d'horloge. Contrairement aux arbitres, les synchroniseurs sont sujets aux pannes (voir métastabilité en électronique ).
Les systèmes de chiffrement nécessitent généralement un mécanisme de synchronisation pour garantir que le chiffrement de réception décode les bons bits au bon moment.
Les transmissions automobiles contiennent des synchroniseurs qui amènent les pièces rotatives dentées (engrenages et arbre cannelé) à la même vitesse de rotation avant l'engagement des dents.
La synchronisation du flash synchronise le flash avec l' obturateur .
Certains systèmes peuvent n'être synchronisés qu'approximativement, ou plésiochrones . Certaines applications exigent que les décalages relatifs entre les événements soient déterminés. Pour d'autres, seul l' ordre de l'événement est important.