USB » Comment ça fonctionne & qu'est-ce que ça signifie ?
Mise à jour : 06.11.2024 | Durée de lecture : 10 minutes
Il n'existe pratiquement plus d'appareils qui se passent d'un Universal Serial Bus ou simplement d'une interface USB. Pour le transfert de données et l'alimentation électrique, elle prend en charge les appareils photo, les clés de stockage, les souris de PC, les imprimantes, les smartphones et bien d'autres encore. Dès 1996, des fabricants renommés du secteur informatique, tels qu'Intel, ont introduit l'USB 1.0, qui était alors un nouveau standard.
L'USB s'impose depuis lors dans le monde entier et est constamment adapté aux exigences modernes en matière d'interfaces, en termes de compatibilité et de taux de transfert. Les fabricants produisent par exemple des clés USB ou des disques durs externes avec une capacité de stockage toujours plus grande. Les systèmes de plusieurs centaines de Go (gigaoctets), voire de plusieurs To (téraoctets), nécessitent des vitesses de transfert élevées. C'est la seule façon de garantir que la copie de plusieurs Go de données ne prenne pas un temps déraisonnable. C'est pourquoi il existe désormais deux versions de la norme USB : USB-3 et USB-4. Nous vous expliquons dans notre guide comment fonctionne cette technique, quelles sont les différences et ce à quoi il faut faire attention.
L'Universal Serial Bus est basé sur une architecture série. Cela signifie que les données sont transmises bit par bit, en série, d'un appareil à l'autre. Cela permet un transfert de données à grande vitesse et avec un faible taux d'erreur. En outre, on économise un câble d'alimentation supplémentaire, car l'interface sert également au transfert d'énergie. Les données sont en outre envoyées et reçues dans les deux sens (interface E/S).
Symbole USB : Un hôte se connecte aux périphériques.
A ses débuts, une connexion bus présentait une structure primaire-secondaire. Il y a un primaire (ou hôte), par exemple un ordinateur portable ou un ordinateur, par lequel vous contrôlez le transfert de données de manière ciblée.
Un secondaire (périphérique), sur lequel se trouvent les données et que l'hôte contrôle, est connecté à son port USB. Il peut s'agir d'une imprimante, d'une caméra ou d'un clavier.
Une fois les données sur le PC, vous pouvez les envoyer à un autre appareil si nécessaire.
Un exemple : Vous souhaitez imprimer des photos de votre appareil photo. Pour ce faire, vous transférez d'abord les images de l'appareil photo (secondaire) sur l'ordinateur (primaire). De là, vous donnez l'ordre à votre imprimante (secondaire) d'imprimer.
Depuis 2001, la structure primaire-secondaire s'est assouplie. Le transfert de données est également possible entre deux périphériques. Par exemple, un appareil photo peut envoyer des images directement à une imprimante via un câble USB ou les données d'un smartphone peuvent être enregistrées sur une clé. Cette technologie s'appelle USB On The Go (OTG) et est indiquée dans le symbole USB par une flèche verte avec l'inscription « On-The-Go ». En règle générale, les possibilités fonctionnelles sont limitées pour ce type de transfert de données.
Normalement, seul un secondaire peut être connecté à un hôte via un port (femelle). Il est toutefois possible de connecter simultanément plusieurs périphériques via ce que l'on appelle des hubs (répartiteurs). Il convient de noter qu'un maximum de 127 périphériques peuvent être connectés simultanément via un port sur le primaire. Pour garantir un fonctionnement optimal, il ne devrait pas y avoir plus de 5 m entre deux ports USB ou deux hubs. Plus les niveaux de hub sont imbriqués, plus le transfert fonctionne lentement.
Un hub USB permet de connecter d'autres appareils USB.
L'avantage de ces répartiteurs est que vous ne devez pas déplacer les câbles lorsque vous avez plus d'appareils avec un port USB. En effet, la plupart du temps, les ports disponibles sur le PC sont rapidement occupés. Si vous avez connecté la souris et le clavier à l'hôte via le bus série universel, vous serez parfois à l'étroit.
En effet, en règle générale, s'y ajoutent l'imprimante, le disque dur externe, l'appareil photo, le smartphone, etc. que vous branchez en permanence ou du moins régulièrement. Une vue d'ensemble de ce bus comprend en outre les types de connecteurs ainsi que le montant du transfert de courant et de données.
En effet, le nom correct de cette norme est par exemple USB 2.0 type A. Le chiffre 2.0 indique le standard de transmission en termes de données et de courant, le type A désigne le type de connecteur.
Veuillez noter que l'USB 2.0 est parfois appelé USB-2. Il en va de même pour l'USB 3.0 : USB-3.
USB 1.0/1.1
Avec un maximum de 12 Mbit/s, la norme de transmission USB 1.0/1.1 de 1996 n'était pas vraiment rapide du point de vue actuel. Mais le débit de données était nettement plus élevé que celui des interfaces classiques. Le principal avantage résidait dans la simplicité d'utilisation et dans le fait que les appareils connectés étaient immédiatement alimentés en électricité.
USB 2.0
Avec l'USB 2.0, la grande percée a eu lieu en 2001. Contrairement à la norme précédente, la vitesse de transmission a été multipliée par 40. Avec les 480 Mbit/s désormais disponibles, il était possible de connecter sans problème des caméras, des claviers, des souris, des imprimantes ou encore des disques durs externes à l'ordinateur via USB. De plus, le courant disponible est passé de 100 mA à 500 mA.
USB 3.0 /USB 3.1 (Gen1)
L'étape suivante de l'évolution est arrivée en 2008 avec la norme USB 3.0, qui a été appelée USB 3.1 (génération 1) à partir de 2013. Contrairement à l'USB 2.0, la vitesse a encore pu être augmentée et atteint désormais 5 Gbit/s. De plus, la capacité de charge en courant a été augmentée de 500 mA à 900 mA. Avec l'introduction de l'USB 3.2, l'USB 3.1 (Gen1) a été rebaptisé USB 3.2 Gen 1(x1).
USB 3.1 (Gen2)
Depuis 2013, la norme USB 3.1 (Gen2) est disponible et la vitesse de transfert a été augmentée à 10 Gbps. Mais l'intensité du courant a également été fortement augmentée. Il est désormais possible d'atteindre 5 A, ce qui répond à tous les souhaits en matière d'alimentation électrique. Avec l'introduction de l'USB 3.2, l'USB 3.1 (Gen2) a été rebaptisé USB 3.2 Gen 2(x1).
USB 3.2
La « vraie » norme USB 3.2 est appelée USB 3.2 Gen 2x2 et a été publiée en juillet 2017. Elle permet désormais d'atteindre des débits de données allant jusqu'à 20 Gbit/s. Étant donné que 10 Gbit/s sont transmis dans chaque direction via deux paires de fils dans le cadre du procédé Multi-Lane, des connecteurs USB-C sont nécessaires au lieu des connecteurs USB de type A largement répandus.
USB4.0
L'USB4 a été publié en tant que successeur commun de l'USB 3.2 et de Thunderbolt 3 en 2019. Le partage de la bande passante et l'architecture en tunnel ont été repris de Thunderbolt et la structure arborescente de l'USB. La version USB4 Gen 3x2 permet d'atteindre une vitesse allant jusqu'à 40 Gbit/s (20 Gbit/s par voie).
La structure de concentrateur existante offre des possibilités de connexion pour un grand nombre de périphériques différents avec USB haute vitesse, protocole Display-Port ou également des fonctions PCIe. Il est même possible d'établir des connexions d'hôte à hôte.
Vitesses et taux de transfert des données pour les standards USB-1, USB-2, USB-3 et USB-4
Les standards USB 1.0 et 1.1 constituent le début du développement et ne sont plus guère utilisés aujourd'hui. Le développement de la version 2.0 en 2001 a entraîné une nette augmentation de la transmission des données et de l'électricité. Aujourd'hui encore, cette norme est présente dans de nombreux appareils. Cependant, dans de nombreux cas, cette version n'est plus suffisante.
La sauvegarde des données génère en effet une grande quantité de gigaoctets (Go). La version 2.0 (Hi-Speed), avec son taux de transfert net maximal d'environ 40 Mo/s ou 320 Mbit/s, atteint souvent ses limites.
Net signifie que seule la transmission de données utiles (les paquets de données à transmettre) est prise en compte. Les données de contrôle, par exemple les informations auxiliaires des formats de fichiers ou les protocoles de transmission, ne sont pas prises en compte. Le terme correct pour ce montant net est le débit.
Pour chaque taux de transfert de données,
il y a un symbole, p. ex. SuperSpeed
Au cours des dernières années, la norme 3.2 s'est de plus en plus imposée. Avec la version 3.2 Gen 1 (SuperSpeed), le débit est de 480 Mo/s et avec l'USB 3.2 Gen 2 (SuperSpeed+), le débit est de 900 Mo/s. Avec l'USB 3.2 Gen 2x2, les choses vont encore plus vite, puisque des valeurs allant jusqu'à 1800 Mo/s sont possibles.
Le taux de transfert net de 3 600 Mo/s maximum avec USB4 dépend non seulement de la version, mais aussi d'autres facteurs. Il s'agit notamment de la qualité du câble, de la compatibilité des appareils et de la part des données de contrôle dans le volume total de transfert (temps inactif de protocole).
Tableau récapitulatif des différentes vitesses des normes USB
| Désignation | Possible à partir de | Vitesse de transfert |
|---|---|---|
| Low Speed | USB 1.0 | 1,5 Mbit/s |
| Full Speed | USB 1.0 | 12 Mbit/s |
| Hi-Speed | USB 2.0 | 480 Mbit/s |
| SuperSpeed | USB3.2 Gen1(x1) auparavant USB 3.0/3.1 Gen1 | 5 Gbit/s |
| SuperSpeed+ 10 Gbps | USB3.2 Gen2(x1) auparavant USB 3.1 Gen2 | 10 Gbit/s |
| SuperSpeed+ 20 Gbps | USB 3.2 Gen2x2 | 20 Gbit/s |
| USB4 20 Gbps | USB 4.0 Gen 2x2 | 20 Gbit/s |
| USB4 40 Gbps | USB 4.0 Gen 3x2 | 40 Gbit/s |
Outre le transfert de données, l'alimentation électrique du périphérique est une autre caractéristique de la technologie USB. De la même manière qu'une prise de courant fournit une tension de 230 volts, un port USB fournit généralement une tension de 5 volts. En fonction de la version du bus série universel, différentes intensités de courant circulent dans le câble et fournissent une puissance plus ou moins élevée au périphérique. Vous pouvez voir les chiffres exacts dans le tableau ci-dessous :
Tableau récapitulatif des différentes intensités par USB
| Standard | Tension | Intensité max. | Puissance max. |
|---|---|---|---|
| USB 1.0/1.1 | 5 V | 0,1 A | 0,5 W |
| USB 2.0 | 5 V | 0,5 A | 2,5 W |
| USB 3.0/3.1 (Gen1) | 5 V | 0,9 A | 4,5 W |
| USB 3.1 (Gen2) | 5 V | 3 A | 15 W |
| USB-BC | 5 V | 1,5 A | 7,5 W |
| USB-PD 3.0 (SPR) | 5 V - 20 V | 5 A | 100 W |
| USB-PD 3.1 (EPR) | 5 V - 48 V | 5 A | 240 W |
USB-BC
Le chargement de la batterie (USB-BC) est une évolution. Celui-ci atteint une puissance de 7,5 W à 5 volts et 1,5 A par port. Il est ainsi possible de charger des tablettes et des smartphones. Une autre optimisation concerne uniquement le connecteur USB-C. Sa transmission de courant peut être augmentée à 7,5 W avec des câbles normaux et à 15 W avec des câbles actifs. Les câbles dits actifs amplifient le signal d'entrée.
USB-PD
Power Delivery (USB-PD) représente également une évolution. La puissance exceptionnellement élevée, jusqu'à 100 watts ou plus, a pour conséquence que même les grands périphériques n'ont plus besoin d'une alimentation électrique supplémentaire. Cela signifie qu'un câble USB alimente en électricité par exemple les imprimantes ou les écrans, qui nécessitaient jusqu'à présent toujours un câble d'alimentation. Avec l'USB-PD, la tension de l'interface est de 5 V à la base.
Un protocole série fait en sorte que la tension augmente à 12 V ou plus si nécessaire. L'intensité du courant reste de 5 A. En outre, l'alimentation en énergie peut être bidirectionnelle. Ainsi, l'alimentation électrique n'est pas seulement assurée par l'hôte pour le périphérique USB connecté, mais également dans le sens inverse.
Outre la version appelée mode Standard Power Range (SPR) (Power Delivery 3.0), il existe également la version Power Delivery 3.1 appelée Extended Power Range (EPR). Dans cette version, on travaille avec des pas de tension supplémentaires. Avec 48 V et 5 A, on obtient une transmission de puissance allant jusqu'à 240 W. Pour une meilleure vue d'ensemble, nous avons comparé les modes SPR et EPR :
Comparatif des modes Standard Power Range et Extended Power Range
| Caractéristiques | Standard Power Range (SPR) | Extended Power Range (EPR) |
|---|---|---|
| Puissance maximale | Jusqu'à 100 W | Jusqu'à 240 W |
| Niveaux de tension habituels | 5 V, 9 V, 15 V et 20 V | 5 V, 9 V, 15 V, 20 V, 28 V, 36 V et 48 V |
| Domaines d'application | Smartphones, tablettes et petits ordinateurs portables | Grands PC portables, écrans, PC portables gaming |
La puissance de charge plus élevée permet de charger plus rapidement les appareils à forte consommation d'énergie. De plus, les différents niveaux de tension offrent une énorme flexibilité.Toutefois, l'USB Power Delivery ne fonctionne que si les deux appareils prennent en charge la norme. Ce n'est qu'alors que la source d'énergie peut indiquer au consommateur raccordé quels modes sont disponibles. Le consommateur indique ensuite au chargeur le mode qu'il supporte. En mode ERP, pour des raisons de sécurité, une communication permanente a lieu même pendant le processus de charge. Si le consommateur ne répond plus, la haute tension de charge est immédiatement coupée.
Lors de l'utilisation d'une prise et d'une fiche, il faut veiller à ce qu'elles soient compatibles. En effet, de multiples types de connecteurs se sont développés au fil du temps. Avec l'USB type C actuel, cette diversité devrait se réduire.
USB type A :
Utilisé par exemple pour les souris d'ordinateur, les claviers et les clés USB. Les prises et les connecteurs ont souvent des couleurs différentes, le noir pour l'USB 2.0, le bleu pour l'USB 3.0 et le jaune pour une alimentation permanente, même lorsque l'appareil est éteint. Toutefois, tous les fabricants ne respectent pas ce code de couleurs.
Important :
Le logo USB doit être orienté vers le haut pour que la fiche soit correctement connectée du premier coup lorsque les prises sont horizontales.
USB type B :
L'USB 2.0 type B est utilisé pour les imprimantes et les scanners en raison du faible volume de données à transférer.
La norme 3.0 type B, plus rapide, se retrouve par exemple dans les disques durs externes.
USB Mini-B :
Ce type de connecteur se trouve généralement encore dans les anciens téléphones portables, dans les appareils de navigation et dans les appareils photo numériques.
USB Micro-B :
Après l'introduction de la version USB 2.0, les connecteurs USB Micro-B ont souvent été installés dans les smartphones plats ou les petits disques durs externes en raison de leurs dimensions compactes.
Entre-temps, les connecteurs Micro-USB ont été remplacés par des connecteurs USB-C sur une grande partie du territoire.
USB type C™ ou USB-C :
Pour mettre un terme au chaos croissant des connecteurs USB, l'USB type C™ (USB-C) a été développé.
Grâce à son design fin, il est adapté à l'installation dans des appareils USB plats.
De plus, la fiche doit être branchée des deux côtés.Il n'y a plus de « mauvais » côté. La fiche supporte toutes les possibilités actuelles de transfert de données, y compris l'USB 4.0.
Par le passé, les personnes qui achetaient un nouveau smartphone, un ordinateur portable ou un appareil photo numérique, recevaient toujours le chargeur correspondant. Jusqu'ici, tout va bien, car les batteries des appareils mobiles doivent être chargées. Mais cela a finalement conduit à l'accumulation de chargeurs ou de blocs d'alimentation. Selon le fabricant, les chargeurs étaient également équipés de connectiques très différentes. Mais même avec des connecteurs identiques ou des raccords adaptés, personne ne pouvait dire avec certitude si le nouvel appareil mobile serait également chargé rapidement et de manière fiable avec l'ancien chargeur.
Afin de mettre de l'ordre dans le chaos actuel des câbles de recharge, l'Union européenne a lancé un projet de loi visant à uniformiser les câbles de recharge. Au plus tard le 28 décembre 2024, les fabricants devront intégrer de manière uniforme un port USB-C dans leurs produits mobiles grand public.
Cela concerne principalement les petits appareils électriques tels que les smartphones, les tablettes, les enceintes mobiles, les appareils photo numériques, les consoles de jeux, les micro-casques, les casques audio, les écouteurs, les liseuses de livres électroniques, les claviers et souris d'ordinateur, ainsi que les systèmes de navigation portables. À partir de 2026, les ports USB-C seront également obligatoires pour les ordinateurs portables.
Grâce à ce changement, il est désormais possible d'utiliser un câble de connexion de charge USB-C pour plusieurs terminaux. Les fabricants ne sont donc plus obligés de fournir un chargeur pour chaque produit rechargeable. Il y aura donc beaucoup moins de déchets électriques à l'avenir. Mais c'est aussi plus simple pour les clients. Étant donné que les connecteurs USB-C peuvent également être enfichés dans le sens inverse, la manipulation lors de la connexion est nettement plus simple.
USB-C – plus qu'une simple fonction de charge et d'échange de données
Le câble USB d'une station d'accueil pour ordinateur portable peut facilement transmettre 100 W de puissance (20 V et 5 A) en mode SPR et même jusqu'à 240 W en mode EPR. Cela permet de charger rapidement les grandes batteries des ordinateurs portables puissants. Néanmoins, ce câble de connexion permet également de charger des appareils qui ne peuvent supporter qu'une puissance de charge de 10 W (5 V et 2 A). Le grand avantage de l'USB-PD est que les appareils connectés via USB-C s'accordent entre eux. Il s'agit de définir précisément la puissance (tension et courant) à utiliser pour la charge ou l'alimentation électrique et le côté vers lequel l'énergie est délivrée.
Mais l'USB-C ne sert pas uniquement au transfert d'énergie et de données. Grâce à un circuit de broches flexible (Alternate Modes), les câbles USB-C peuvent également remplacer les câbles DVI, DisplayPort, HDMI ou audio.
Compatibilité
En ce qui concerne les normes de transmission, les appareils bus sont rétrocompatibles. Toutefois, la vitesse de transfert est réduite à la norme 2.0, plus lente. Si vous avez une prise femelle avec USB 3.0 et un connecteur mâle avec USB 2.0, cette combinaison fonctionne selon le même principe. Il faut bien sûr veiller à ce que la prise et le connecteur soient du même type.
Pilote
En règle générale, les périphériques USB n'ont pas besoin d'un programme d'installation exécuté manuellement. Soit aucun pilote n'est nécessaire, soit il se télécharge automatiquement après avoir été branché.
Diffusion
Un câble USB est d'une utilisation universelle. En effet, une prise USB est désormais présente dans presque tous les PC, Macbook et autres appareils.
Alimentation électrique
L'une des raisons du succès de cette technologie est l'alimentation électrique intégrée. Comme il n'est pas nécessaire de brancher un bloc d'alimentation supplémentaire, le « fouillis de câbles » est réduit et la manipulation est énormément simplifiée. Ainsi, en fonction des caractéristiques du câble USB, il est possible de charger des consommateurs peu gourmands et même des consommateurs plus importants comme un ordinateur portable.
Prêt à l'emploi immédiatement
Selon le principe de la connexion à chaud, chaque périphérique est immédiatement prêt à l'emploi. Le périphérique peut être connecté à tout moment à un appareil en fonctionnement (par exemple un hub USB).
Gestion de l'énergie
Depuis la version 3.0, l'utilisation de l'énergie a été optimisée. Ainsi, les appareils qui ne sont pas utilisés se mettent automatiquement en veille. Il est néanmoins possible de les activer à tout moment.
Domaines d'application pratiques
Endosope USB.
Connexion de deux périphériques.
Oscilloscope USB.
Bien que les interfaces soient pratiques, il existe diverses sources d'erreur dont il faut tenir compte.
Longueur de câble
Les câbles bon marché ou de mauvaise qualité entraînent un fonctionnement défectueux. La longueur du câble joue également un rôle important. Il ne devrait pas dépasser 5 mètres pour l'USB 2.0 et 3 mètres pour l'USB 3.0, même s'il est possible de l'allonger à l'aide de répéteurs. Il est également possible d'utiliser des câbles actifs, avec amplificateur de signal intégré, pour les longueurs de câble supérieures à 5 mètres.
Compatibilité des connecteurs
Alors que les normes de transmission sont souvent compatibles, ce n'est pas le cas des variantes de connecteurs en raison de leur construction différente. Dans ce cas, un adaptateur USB est nécessaire.
Perte de données sur des supports de données USB
Si l'on retire une clé USB ou un disque dur externe du port, cela peut entraîner des pertes de données. La raison en est que l'ordinateur est encore en cours d'écriture, par exemple parce que vous avez modifié quelque chose dans un document peu de temps auparavant. Pour retirer le matériel en toute sécurité, sélectionnez l'icône de la clé USB en bas à droite de l'ordinateur par un clic droit. Tous les appareils connectés apparaissent. Cliquez sur le périphérique USB concerné. Vous recevrez ensuite un message vous indiquant que vous pouvez retirer la clé ou le disque dur en toute sécurité.
Sécurité
En principe, la manipulation des terminaux est surtout possible via la puce de contrôle USB. Cette puce se trouve par exemple dans les clés USB et peut être reprogrammée de manière à ce qu'un logiciel malveillant ou autre logiciel nuisible s'introduise sur son propre appareil. C'est ainsi que se propagent les virus qui peuvent endommager le système d'exploitation, détourner le trafic de données ou manipuler les paramètres DNS de l'ordinateur. Pour y remédier, il suffit par exemple d'avoir un logiciel antivirus à jour et des programmes anti-malware.
Avec l'USB-2, l'Universal Serial Bus a fait une percée en tant qu'interface conviviale. La vitesse de transmission de l'époque était facilement suffisante pour de nombreuses applications.
Cependant, comme les supports de stockage et les tailles de fichiers tendent de plus en plus à passer des Mo (mégaoctets) aux Go (gigaoctets) avec le temps, il a fallu créer des interfaces plus rapides avec USB-3 ou USB 3.2.
Mais le besoin de stockage a également augmenté de manière continue pour les disques durs ou les clés USB. C'est pourquoi les fabricants ont développé des supports de stockage de plus en plus grands, dont la capacité n'est plus indiquée en Go, mais déjà en To (un téraoctet correspond à 1000 Go).
Pour répondre aux exigences de performance, le format USB4 a été créé et réunit ainsi le meilleur du monde USB et la performance de l'interface Thunderbolt. Mais il existe également des solutions fonctionnelles pour l'alimentation électrique via USB, avec USB-PD, qui permettent d'alimenter ou de charger de manière fiable des consommateurs gourmands en puissance.
Câbles USB, connecteurs USB mâles et femelles
Matériel informatique avec USB
Adaptateurs USB & stations de charge USB
Musique par USB
Multiprises avec port USB