Cinématique des disques optiques


Les données numériques gravées sur un disque optique (CD, DVD) sont inscrite sur une spirale d'Archimède.

C'est la courbe décrite par un point en déplacement à vitesse constante sur une droite en rotation à vitesse constante autour d'un point.

L'équation polaire de la spirale est :
ρ(φ) = ρ0 + P.φ / 2π
ρ0 est la distance au centre de rotation pour la valeur φ = 0
P est le pas de la spirale. (accroissement du rayon à chaque tour).

La lecture des données est faite avec une diode laser focalisée sur la spirale.
Pour avoir un débit d'information constant il faut que la vitesse V de déplacement de la spirale devant la diode soit constante.
Cette condition impose que la vitesse de rotation du disque varie en fonction de la distance de la diode au centre de rotation.

Il est plus simple de faire l'étude dans un référentiel lié au disque : Le spot tourne en suivant la spirale tracée sur le disque.

V est la norme du vecteur vitesse. Comme en pratique le pas est très petit devant ρ, on peut négliger la composante radiale de la vitesse et écrire que V = ρ.dφ / dt.
V = ( ρ0 + P.φ / 2π).dφ / dt.     ⇒       ( ρ0 + P.φ / 2π).dφ = V.dt
En prenant comme T = 0 pour φ = 0, on tire : ρ0.φ + Pφ2 / 4π = V.t

La vitesse de rotation du disque est donc ω(t) = V / ρ(t). Elle est maximale au début de la lecture

Cas des CD audio.
Le rayon du début de lecture est de l'ordre de 2,3 cm et celui de la fin est voisin de 5.3 cm. La vitesse linéaire de lecture V est égale à 1,22 m / s. La vitesse de rotation varie entre 200 t / mn et 500 t / mn. Le pas P est de l'ordre de 1, 59 µm. Pour une durée de lecture égale à 1 heure la longueur de la piste est égale à 4,2 km. Une heure de musique occupe 635 Mo sur le disque.