Accéléromètre, gyroscope, magnétomètre, microphone, caméra, GPS, baromètre, LiDAR : un smartphone moderne embarque jusqu’à une vingtaine de capteurs physiques, dont votre téléphone tire plus de cinquante instruments de mesure différents. Ce guide explique, capteur par capteur, comment ils fonctionnent, ce qu’ils mesurent réellement, avec quelle précision, et comment les transformer en instruments scientifiques pour la classe ou la maison.
En résumé : les capteurs d’un smartphone sont des composants de qualité industrielle (technologie MEMS et microélectronique) capables de mesures scientifiques sérieuses. L’accéléromètre mesure g à mieux que 1 % près, le microphone échantillonne à 44 100 Hz, le magnétomètre détecte des dixièmes de microtesla. Le trio accéléromètre, gyroscope et magnétomètre forme une centrale inertielle (IMU), la même technologie qui stabilise les drones. Chaque capteur physique alimente plusieurs instruments logiciels : l’accéléromètre donne aussi l’inclinomètre et le podomètre, la caméra donne le colorimètre, l’analyse vidéo et le cardiofréquencemètre. Leurs limites (température, électricité, pH) se comblent par des capteurs externes Bluetooth.
🔬 Essayez chaque capteur en deux minutes
L’écosystème gratuit FizziQ transforme chacun des capteurs décrits ici en instruments de mesure prêts à l’emploi : FizziQ sur smartphone et tablette (iOS, Android), FizziQ Web sur ordinateur (microphone et caméra, sans installation), FizziQ Junior pour le cycle 3 et FizziQ Connect pour les capteurs externes Bluetooth, avec plus de 120 activités testées en classe.
Dans ce guide
- Un capteur, plusieurs instruments : comment lire votre téléphone
- Le tableau des capteurs et de leurs mesures
- MEMS, microélectronique et IMU : la technologie
- Donnée brute, donnée traitée : ce que le téléphone vous cache
- L’accéléromètre
- Le gyroscope
- Le magnétomètre
- Le microphone
- Le haut-parleur (capteur inversé)
- La caméra
- Le capteur de luminosité
- Le GPS
- Le baromètre
- Les capteurs du quotidien : LiDAR, écran tactile, proximité, empreintes
- Ce que les capteurs internes ne mesurent pas
- Quel capteur pour quel phénomène ?
- Quels capteurs sur quel téléphone ?
- FAQ
- Références et normes
Un capteur, plusieurs instruments : comment lire votre téléphone
Il faut distinguer deux notions que le langage courant confond. Le capteur est le composant physique : une puce de quelques millimètres qui convertit un phénomène (force, pression sonore, lumière, champ magnétique) en signal électrique. L’instrument est la construction logicielle qui transforme ce signal en mesure utilisable. Le même magnétomètre donne ainsi un téslamètre, une boussole et un détecteur de métaux ; le même accéléromètre donne un accéléromètre trois axes, un inclinomètre, un podomètre et un sismographe.
Cette démultiplication logicielle explique qu’avec une dizaine de capteurs physiques, une application comme FizziQ propose plus de 50 instruments de mesure. Comprendre la chaîne capteur, signal, numérisation, instrument, grandeur est d’ailleurs en soi un objectif des programmes de physique (thème « signaux et capteurs » de seconde).
Le tableau des capteurs et de leurs mesures
| Capteur physique | Instruments dérivés | Grandeurs mesurées | Unité | Plage typique | Résolution typique | Cadence |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Accéléromètre | accéléromètre 3 axes, inclinomètre, podomètre | accélération linéaire et absolue, angles, pas | m/s², °, pas | ±2 g à ±16 g selon configuration | < 0,01 m/s² ; 0,1° ; ~1 pas/100 | ≥ 100 Hz |
| Gyroscope | gyromètre 3 axes | vitesse angulaire, rotation | rad/s, tr/min | ±2 000 °/s (≈ ±35 rad/s) | ~0,01 rad/s | ≥ 100 Hz |
| Magnétomètre | téslamètre, boussole, théodolite (azimut) | champ magnétique, orientation | µT, ° | ±4 900 µT | < 0,2 µT ; 0,1° (boussole) | ≥ 50 Hz |
| Microphone | sonomètre, fréquencemètre, oscillogramme, spectre, spectrogramme, chronomètre acoustique | niveau sonore, fréquences, durées | dB, Hz, s | ~50 Hz à 20 kHz | fréquence au Hz près ; durées à la ms | 44 100 Hz (échantillonnage) |
| Caméra | analyse vidéo, chronophotographie, colorimètre, luminancemètre, cardiofréquencemètre | position, vitesse, couleur RVB, absorbance, luminance, pouls | m, m/s, %, bpm | selon usage | temporelle : 4 ms à 240 i/s | 30 à 240 i/s |
| Capteur de luminosité | luxmètre | éclairement | lux | 0 à ~60 000 lux | ~1 lux | ~10 Hz |
| GPS (GNSS) | position, altimètre, speedomètre, précision | latitude/longitude, altitude, vitesse | °, m, m/s | monde entier (extérieur) | ~10 m (position) ; < 1 m/s (vitesse) | 1 Hz |
| Baromètre | baromètre, altimètre barométrique | pression atmosphérique | hPa | 300 à 1 100 hPa | ~0,01 hPa relatif, soit ~1 m de dénivelé | ~10 Hz |
| Capteurs externes (Bluetooth) | température, pH, CO₂, tension, particules… | selon capteur | °C, pH, ppm… | selon capteur | selon capteur | selon capteur |
Ordres de grandeur constatés sur les smartphones commercialisés entre 2023 et 2026. Les valeurs exactes varient selon les modèles et les composants embarqués : une variabilité qui est elle-même un beau sujet de TP sur les incertitudes. Un mot de vocabulaire au passage : la résolution (plus petite variation détectable) ne garantit pas la justesse (écart à la valeur vraie). Un sonomètre de téléphone résout 0,1 dB mais peut se tromper de plusieurs dB dans l’absolu. Cette distinction, définie par le Vocabulaire international de métrologie (VIM), figure au programme de seconde.
MEMS, microélectronique et IMU : la technologie derrière les capteurs
Les capteurs du smartphone appartiennent à deux familles. Les MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) contiennent une véritable microstructure mécanique gravée dans le silicium à l’échelle du micron : masse suspendue à des ressorts pour l’accéléromètre, masse vibrante exploitant la force de Coriolis pour le gyroscope, membrane déformable pour le baromètre et le microphone. La seconde famille relève de la microélectronique sans pièce mobile : matrice de photodiodes CMOS pour la caméra, effet Hall pour le magnétomètre, puce radiofréquence pour le GPS.
Le trio accéléromètre, gyroscope et magnétomètre porte un nom : la centrale inertielle, ou IMU (Inertial Measurement Unit). Une IMU « 6 axes » combine accéléromètre et gyroscope, une IMU « 9 axes » y ajoute le magnétomètre. C’est elle qui permet au téléphone de connaître à tout instant son orientation dans l’espace, et c’est la même brique technologique qui stabilise les drones, guide les robots et déclenche les airbags.
Ces composants sortent des usines d’une poignée d’industriels spécialisés : Bosch Sensortec et STMicroelectronics pour les capteurs inertiels et les baromètres, TDK InvenSense pour les IMU, AKM pour les magnétomètres, Sony pour les capteurs d’image. Produits par milliards, leur prix s’est effondré. L’économie d’échelle du téléphone met un laboratoire dans chaque poche.
Donnée brute, donnée traitée : ce que le téléphone vous cache
Le smartphone ne livre presque jamais le signal physique nu. Le magnétomètre est recalibré en permanence, et c’est le secret de la boussole insensible aux aimants. L’accélération linéaire est une grandeur calculée par fusion de capteurs : le système combine accéléromètre, gyroscope et magnétomètre en un « capteur d’orientation » virtuel. La caméra ajuste automatiquement exposition et balance des blancs. Le microphone applique parfois une réduction de bruit. Quant au sonomètre logiciel, il travaille en relatif, faute d’étalonnage absolu.
Comprendre ce qui sépare le signal du capteur de la valeur affichée (calibration, fusion, filtrage, bruit de mesure) compte parmi les apprentissages les plus précieux qu’offrent ces instruments. Une mesure n’est jamais une vérité, c’est un signal traité. C’est aussi tout l’enjeu d’apprendre à comprendre les incertitudes de mesure avec un smartphone, pour ne jamais confondre la précision affichée avec la fiabilité réelle d’un capteur.
Chaque capteur a d’ailleurs ses sources d’erreur caractéristiques, qu’un expérimentateur doit connaître :
| Capteur | Sources d’erreur principales | Parade |
|---|---|---|
| Accéléromètre | biais de zéro, vibrations parasites | mesurer un écart plutôt qu’une valeur absolue ; moyenner |
| Gyroscope | dérive (drift) lors de l’intégration de l’angle | travailler en vitesse angulaire, pas en angle intégré |
| Magnétomètre | champs parasites du téléphone, saturation près d’un aimant | recalibrer (geste en 8) ; éloigner l’aimant |
| Microphone | réduction de bruit logicielle, réponse non plate, absence d’étalonnage | comparer des niveaux plutôt que mesurer dans l’absolu |
| Caméra | exposition et balance des blancs automatiques | verrouiller les réglages avant toute colorimétrie |
| GPS | multitrajet (murs, feuillage), signal absent en intérieur | mesurer en extérieur dégagé ; lire l’instrument Précision |
| Baromètre | variations météo confondues avec l’altitude | mesures relatives sur un temps court |
L’accéléromètre : le capteur roi de la mécanique
L’accéléromètre d’un smartphone est un capteur MEMS qui mesure l’accélération selon les trois axes X, Y, Z du téléphone, en m/s², avec une résolution meilleure que 0,01 m/s² et une cadence d’au moins 100 Hz. Toute la mécanique du lycée passe par lui.
Comment fonctionne l’accéléromètre d’un smartphone ?
Une masse microscopique suspendue à des ressorts de silicium se déplace sous l’effet des forces d’inertie. La variation de capacité électrique qui en résulte est convertie en accélération, puis numérisée par un convertisseur analogique-numérique. Explication détaillée : Comment fonctionne l’accéléromètre de mon smartphone ?
Que mesure l’accéléromètre ? La subtilité à maîtriser
Le téléphone fournit deux grandeurs. L’accélération absolue est la donnée brute du capteur : elle inclut la réaction à la pesanteur, et un téléphone posé sur une table affiche 9,81 m/s². L’accélération linéaire soustrait g par calcul : le même téléphone affiche zéro. En chute libre, les rôles s’inversent, l’absolue tombe à zéro (impesanteur) tandis que la linéaire indique g. Cette distinction, riche en discussions sur les référentiels, est développée dans Quelle est la différence entre accélération linéaire et accélération absolue ?
À connaître aussi : la plage de mesure. Les accéléromètres de smartphone sont configurés entre ±2 g et ±16 g selon les modèles. Au-delà, le capteur sature : un choc violent affichera un plateau, pas la valeur réelle. Première leçon de métrologie pour les expériences de rebonds.
Quelle est la précision de l’accéléromètre ?
Résolution meilleure que 0,01 m/s², cadence supérieure à 100 Hz : de quoi mesurer g à mieux que 1 % près. Cette performance a été validée par de nombreuses publications de didactique de la physique (références).
Quels instruments et quelles expériences avec l’accéléromètre ?
Trois instruments en dérivent : l’accéléromètre 3 axes, l’inclinomètre (angle par rapport à la verticale ou l’horizontale, à 0,1° près, soit le fil à plomb et le niveau à bulle réunis) et le podomètre, qui reconnaît la signature régulière de la marche dans le signal d’accélération.
En classe : oscillations d’un pendule, physique de l’ascenseur, mouvement circulaire à l’essoreuse à salade, chocs et rebonds, sept expériences sur la gravité.
Le gyroscope : la rotation en direct
Le gyroscope d’un smartphone est un capteur MEMS qui mesure la vitesse angulaire de rotation du téléphone autour de ses trois axes, en rad/s ou en tours par minute, sur une plage typique de ±2 000 °/s. C’est l’un des capteurs les plus précis du téléphone, et le grand oublié des manuels.
Comment fonctionne le gyroscope d’un smartphone ?
Une masse mise en vibration dans la puce subit la force de Coriolis lorsque le téléphone tourne : sa trajectoire de vibration se déforme proportionnellement à la vitesse de rotation, et cette déformation est mesurée électriquement. Le même principe sert d’organe d’équilibre aux insectes (les haltères des mouches).
Quelle est la précision du gyroscope, et qu’est-ce que la dérive ?
En vitesse angulaire instantanée, le gyroscope résout environ 0,01 rad/s, ce qui est excellent. Sa limite célèbre est la dérive (drift) : si l’on intègre la vitesse angulaire pour reconstituer un angle, les minuscules erreurs s’accumulent et l’angle calculé s’écarte de la réalité en quelques dizaines de secondes. Le téléphone corrige justement cette dérive en fusionnant gyroscope, accéléromètre et magnétomètre au sein de l’IMU. Règle pratique pour les TP : travailler sur la vitesse angulaire mesurée, pas sur l’angle intégré.
Quelles expériences faire avec le gyroscope ?
Période d’un plateau tournant, conservation du moment cinétique sur une chaise de bureau, et la vérification vedette de première : croiser gyroscope et accéléromètre dans une essoreuse à salade pour vérifier a = ω²r.
Le magnétomètre : les champs magnétiques rendus visibles
Le magnétomètre d’un smartphone est un capteur à effet Hall qui mesure le champ magnétique selon trois axes, en microteslas (µT), avec une résolution meilleure que 0,2 µT sur une plage d’environ ±4 900 µT. À comparer au champ magnétique terrestre, qui vaut environ 47 µT en France.
Comment fonctionne le magnétomètre d’un smartphone ?
Le plus souvent par effet Hall : le champ magnétique dévie les porteurs de charge dans un semi-conducteur, créant une tension mesurable selon trois axes. Certains modèles utilisent plutôt l’effet magnéto-résistif, où la résistance d’un alliage fer-nickel varie sous l’effet du champ. Près d’un aimant puissant, le capteur sature au-delà de quelques milliers de µT et la valeur plafonne.
Quels instruments dérivent du magnétomètre ?
Le téslamètre, la boussole (angle avec le nord magnétique à 0,1° près), et l’azimut du théodolite pour les mesures de triangulation.
Le paradoxe pédagogique de la boussole
Approchez un aimant : la valeur du champ s’affole, mais la boussole continue d’indiquer le nord. La réponse tient dans une recalibration logicielle permanente, qui illustre parfaitement la différence entre donnée brute et donnée traitée : Pourquoi la boussole d’un smartphone n’est pas affectée par les aimants ?
Quelles expériences faire avec le magnétomètre ?
Champ terrestre et son inclinaison, loi en 1/d³ du dipôle (graphique log-log), effet Oersted autour d’un fil, détection des structures métalliques d’un mur.
Le microphone : six instruments dans une membrane
Le microphone d’un smartphone est un capteur MEMS qui convertit les variations de pression acoustique en signal électrique, numérisé à 44 100 Hz sur 16 bits, sur une bande passante d’environ 50 Hz à 20 kHz. C’est le capteur le plus prolifique du téléphone : six instruments en dérivent.
Comment fonctionne le microphone d’un smartphone ?
Héritier du micro à électret (un condensateur polarisé en permanence, qui ne consomme presque rien), le microphone des smartphones est aujourd’hui lui-même un MEMS : une membrane miniature vibre sous les variations de pression de l’onde sonore. Le signal est numérisé à 44 100 Hz sur 16 bits, soit une résolution d’amplitude de 0,003 %. C’est l’échantillonnage hérité du CD audio (norme CEI 60908), qui permet de mesurer tout le spectre audible grâce au théorème de Nyquist : pour capter une fréquence, il faut échantillonner au moins deux fois plus vite, d’où 44 100 Hz pour couvrir les 20 000 Hz de l’audition humaine. Conséquence directe : les ultrasons sont hors de portée du microphone d’un téléphone.
Quels instruments dérivent du microphone ?
Le sonomètre mesure le niveau en décibels (échelle logarithmique : conversation ~60 dB, mixeur ~90 dB, douleur au-delà de 140 dB). L’oscillogramme montre la forme de l’onde, et répond à la question peut-on voir un son ? Le fréquencemètre extrait fréquence dominante et fréquence fondamentale par transformée de Fourier. Le spectre décompose le son en ses harmoniques, et le spectrogramme suit l’évolution du spectre dans le temps. Le chronomètre acoustique enfin, déclenché par un seuil sonore, mesure des durées à la milliseconde : la clé de la mesure de la vitesse du son.
Quelle est la précision du sonomètre d’un téléphone ?
Le sonomètre d’un téléphone n’est pas étalonné selon la norme des sonomètres professionnels (CEI 61672, qui définit les classes 1 et 2), et il n’applique pas toujours la pondération A, ce filtre dB(A) qui imite la sensibilité de l’oreille. Il reste excellent pour des comparaisons et des écarts, approximatif dans l’absolu : un défi d’esprit critique exploité dans l’addition de deux sources sonores fait-elle +3 dB ? En revanche, les mesures de fréquence sont exactes au hertz près, car la fréquence ne dépend pas de l’étalonnage d’amplitude.
Le haut-parleur : le capteur inversé
On l’oublie toujours dans les inventaires : le téléphone n’est pas qu’un récepteur, c’est aussi un émetteur. Son synthétiseur génère des sons dont la fréquence numérique est définie avec précision, même si la restitution acoustique du petit haut-parleur n’est ni plate ni étalonnée. De quoi créer des battements entre deux sons voisins, étudier les interférences entre deux haut-parleurs, produire l’onde source d’une expérience Doppler ou étudier la réponse en fréquence d’un haut-parleur ou d’un système résonnant : six expériences avec le synthétiseur de fréquences. Couplé au microphone d’un second téléphone, il forme une chaîne émission-réception complète, autrement dit un banc d’acoustique à deux appareils.
La caméra : le capteur le plus riche
La caméra d’un smartphone est une matrice de photodiodes CMOS qui mesure l’intensité lumineuse en chaque point de l’image, dans trois canaux de couleur, jusqu’à 240 images par seconde, soit une résolution temporelle de 4 millisecondes. Trois familles entières d’instruments en dérivent.
Comment fonctionne la caméra d’un smartphone ?
Une matrice de photodiodes CMOS coiffée d’un filtre de Bayer : un réseau de microfiltres rouges (~640 nm), verts (~550 nm) et bleus (~460 nm) qui reproduit la logique trichromique de notre rétine, découverte par Thomas Young.
La cinématique : mesurer le mouvement par l’image
Par analyse vidéo (pointage image par image, qui donne position, vitesse, accélération, énergie) ou par chronophotographie, qui rend le mouvement visible avant de le rendre calculable. Voir aussi les 7 conseils pour une bonne vidéo et la bibliothèque de vidéos prêtes à l’emploi.
La colorimétrie : mesurer la couleur et la concentration
Intensités RVB, teinte, et absorbance : de quoi mener un dosage par la loi de Beer-Lambert. Fonctionnement détaillé : Comment fonctionne le colorimètre ? Attention aux réglages automatiques d’exposition, à figer avant toute comparaison de couleurs.
La physiologie : mesurer le pouls par la lumière
Doigt posé sur l’objectif, torche allumée, la caméra devient cardiofréquencemètre par photopléthysmographie, un principe mis en évidence dès 1937 par Hertzman et Spealman. Et c’est la lumière verte qui s’y prête le mieux.
Le capteur de luminosité : le luxmètre de poche
Le capteur de luminosité d’un smartphone est une photodiode en façade qui mesure l’éclairement en lux, de 0 à environ 60 000 lux, avec une résolution de l’ordre du lux. Quelques repères : la pleine lune ~1 lux, une salle de classe ~400 lux, le plein soleil plus de 30 000 lux. À ne pas confondre avec la luminance, calculée par la caméra, qui caractérise ce qu’émet ou réfléchit une surface. La distinction est expliquée dans Luminance ou éclairement ? Application classique : vérifier la décroissance de l’éclairement en 1/d² en éloignant une source ponctuelle.
Le GPS : position, vitesse et un peu de relativité
Le récepteur GNSS d’un smartphone (GPS, Galileo, GLONASS) calcule sa position en triangulant les signaux d’au moins quatre satellites : position à ~10 m près, altitude, vitesse à mieux que 1 m/s, mise à jour chaque seconde. L’instrument Précision affiche en direct la marge d’erreur, une leçon de métrologie à lui seul. Le signal passe mal les murs et les feuillages : c’est un capteur d’extérieur, et le multitrajet (les réflexions sur les bâtiments) reste sa principale source d’erreur en ville.
En classe : vitesse d’un coureur ou d’un cycliste, cartographie de mesures géolocalisées (bruit, champ magnétique), expériences de mathématiques. Sans oublier une porte d’entrée vers la relativité, puisque les horloges des satellites doivent être corrigées des effets relativistes.
Le baromètre : un mètre de dénivelé près
Le baromètre d’un smartphone est un capteur MEMS qui mesure la pression atmosphérique en hectopascals (hPa), entre 300 et 1 100 hPa, avec une résolution relative d’environ 0,01 hPa, suffisante pour détecter un mètre de dénivelé. Présent sur une partie des modèles seulement (dont tous les iPhone depuis l’iPhone 6), il fonctionne par déformation d’une membrane. En classe : mesure de la hauteur d’un immeuble par l’escalier, altimétrie, suivi météo, jusqu’aux activités météo du cycle 3. Un piège à connaître : sur plusieurs heures, les variations météorologiques de pression se confondent avec l’altitude. Mieux vaut privilégier les mesures relatives rapides.
Les capteurs du quotidien : la physique cachée du téléphone
Une vingtaine de capteurs cohabitent en réalité dans un smartphone, et même ceux qui ne servent pas directement à la mesure scientifique illustrent de beaux principes physiques. Matière à discussion en classe.
Le LiDAR : cartographier l’espace par le temps de vol
Le LiDAR d’un smartphone (présent sur les modèles haut de gamme, comme les iPhone Pro depuis 2020) émet des impulsions laser infrarouges et mesure leur temps de vol pour cartographier l’espace en trois dimensions. C’est le principe du télémètre, utilisé de l’archéologie à la conduite autonome, et une belle application directe de d = c×t/2.
Le capteur de proximité : un radar infrarouge miniature
Il associe un émetteur et un récepteur infrarouges : si l’oreille approche à moins de 5 cm, la lumière réfléchie est détectée et l’écran s’éteint.
L’écran tactile capacitif : une mesure à chaque geste
Le doigt modifie localement le champ électrique d’une couche conductrice transparente. C’est une mesure de capacité que vous faites à chaque geste, ce qui fait de l’écran tactile un capteur à part entière, et le plus utilisé de tous.
Le lecteur d’empreintes : trois technologies
Optique (une photo de l’empreinte), capacitive (une carte électrique du relief de la peau) ou ultrasonique (une échographie miniature, la plus sûre des trois).
Les thermomètres internes et le cas de l’hygromètre
Les sondes thermiques internes surveillent batterie et processeur, pas l’air ambiant. L’hygromètre, lui, a fait une brève apparition (Galaxy S4 et S5, mesure capacitive de la vapeur d’eau) avant d’être abandonné. Deux illustrations du fait qu’un capteur embarqué mesure d’abord le téléphone, rarement le monde : pour l’environnement, le capteur externe déporté reste la bonne réponse.
Jusqu’aux boutons
Capteurs binaires testés 100 000 pressions en usine. Le plus humble des capteurs est peut-être le plus indispensable.
Ce que les capteurs internes ne mesurent pas
Un inventaire honnête a ses colonnes vides. La température de l’air ou d’un liquide (les sondes internes surveillent le téléphone, pas le monde), la tension et le courant électriques, le pH et la chimie des solutions hors colorimétrie indirecte, la radioactivité (malgré ce que prétendent certaines applications), les ultrasons (bloqués par l’échantillonnage à 44,1 kHz), et toute mesure de précision métrologique certifiée. Pour ces grandeurs, la solution est le capteur externe connecté en Bluetooth : c’est le rôle de FizziQ Connect et des 15 capteurs incontournables (température, pH, CO₂, tension, particules fines), ou d’un microcontrôleur (micro:bit, Arduino, ESP32) monté par les élèves.
Quel capteur pour quel phénomène ?
La table de correspondance inverse : partez du phénomène à étudier, elle vous donne le capteur, l’instrument et l’activité.
| Phénomène à étudier | Grandeur | Capteur | Instrument FizziQ | Activité ou guide |
|---|---|---|---|---|
| Chute libre, gravité | accélération | accéléromètre | accéléromètre 3 axes | 7 expériences sur la gravité |
| Oscillations d’un pendule | accélération, période | accéléromètre | accéléromètre | Pendule simple |
| Mouvement circulaire (a = ω²r) | accélération + vitesse angulaire | accéléromètre + gyroscope | accéléromètre + gyromètre | Astronaute et essoreuse |
| Pente, équilibre | angle | accéléromètre | inclinomètre | mesures d’angles |
| Vitesse du son | durée | microphone ×2 | chronomètre acoustique | 7 expériences vitesse du son |
| Hauteur d’une note, harmoniques | fréquence | microphone | fréquencemètre, spectre | acoustique musicale |
| Effet Doppler | fréquence | microphone + haut-parleur | fréquencemètre + synthétiseur | 5 expériences Doppler |
| Battements | fréquence | haut-parleur ×2 | synthétiseur | Battements et LFO |
| Pollution sonore | niveau sonore | microphone | sonomètre | cartographie du bruit |
| Trajectoire d’un projectile | position, vitesse | caméra | analyse vidéo | Guide cinématique |
| Concentration d’une solution | absorbance | caméra | colorimètre | Loi de Beer-Lambert |
| Fréquence cardiaque | pouls | caméra + torche | cardiofréquencemètre | Photopléthysmographie |
| Champ magnétique terrestre | champ magnétique | magnétomètre | téslamètre, boussole | inclinaison magnétique |
| Loi du dipôle en 1/d³ | champ magnétique | magnétomètre | téslamètre | graphique log-log |
| Décroissance en 1/d² de la lumière | éclairement | capteur de luminosité | luxmètre | loi de l’inverse du carré |
| Hauteur d’un bâtiment | pression | baromètre | altimètre barométrique | altimétrie |
| Météo | pression | baromètre | baromètre | Activités météo cycle 3 |
| Vitesse d’un coureur | vitesse | GPS | speedomètre | Expériences de maths |
| Température, pH, CO₂, tension | selon capteur | capteur externe Bluetooth | FizziQ Connect | 15 capteurs incontournables |
Quels capteurs sur quel téléphone ?
| Capteur | Présence | Repères |
|---|---|---|
| Accéléromètre, écran tactile, microphone, caméra, capteur de luminosité, proximité | Tous les smartphones | y compris entrée de gamme |
| Gyroscope, magnétomètre, GPS | Quasi tous | absents de rares modèles très bas de gamme |
| Baromètre | Une partie des modèles | tous les iPhone depuis l’iPhone 6 ; Pixel ; Galaxy S ; rare en entrée de gamme Android |
| LiDAR | Haut de gamme uniquement | iPhone Pro et iPad Pro depuis 2020 |
| Lecteur d’empreintes | La plupart des Android | remplacé par Face ID sur les iPhone récents |
| Hygromètre | Abandonné | Galaxy S4 et S5 uniquement (2013-2014) |
Comment vérifier les capteurs de votre propre téléphone ? Ouvrez FizziQ, onglet Instruments : seuls les instruments dont le capteur est physiquement présent et fonctionnel apparaissent. C’est aussi le moyen le plus simple de tester un capteur suspecté de panne.
En résumé
Dix capteurs physiques, cinquante instruments logiciels, cinq décennies de programmes scolaires couvertes : le smartphone est un multimètre du monde réel. Sa vraie leçon dépasse chaque mesure. Entre le phénomène et le chiffre affiché, il y a un capteur, une conversion, un traitement et une incertitude, exactement ce qu’un scientifique doit apprendre à interroger.
🚀 Passez à la mesure
Tous ces instruments sont réunis dans l’écosystème FizziQ (gratuit, sans publicité, hors ligne) : FizziQ sur smartphone et tablette, FizziQ Web sur ordinateur, FizziQ Junior pour l’école primaire, FizziQ Connect pour les capteurs externes. Le guide Faire de la physique avec un smartphone vous propose dix expériences pour commencer.
FAQ
Combien de capteurs y a-t-il dans un smartphone ? Jusqu’à une vingtaine. Pratiquement tous les modèles embarquent accéléromètre, gyroscope, magnétomètre, microphone, caméra, capteur de luminosité, capteur de proximité, écran tactile et GPS. Le baromètre, le LiDAR et le lecteur d’empreintes ne figurent que sur certains appareils.
Quelle est la différence entre un capteur et un instrument de mesure ? Le capteur est le composant physique qui convertit un phénomène en signal électrique ; l’instrument est le logiciel qui transforme ce signal en mesure. Un même accéléromètre alimente ainsi un accéléromètre 3 axes, un inclinomètre et un podomètre.
Les capteurs d’un smartphone sont-ils précis ? Oui, pour la plupart des usages scolaires et bien au-delà : accélération à 0,01 m/s² près, fréquences sonores au hertz près, champ magnétique à 0,2 µT près. Des publications académiques ont validé ces capteurs pour des TP universitaires (voir les références en fin de page). Il faut toutefois distinguer résolution et justesse : le sonomètre, par exemple, résout 0,1 dB mais n’est pas étalonné dans l’absolu.
Comment tester les capteurs de mon téléphone ? Ouvrez une application de mesure comme FizziQ : l’onglet Instruments n’affiche que les instruments dont le capteur est présent et opérationnel. Un instrument absent signale un capteur manquant, une valeur figée ou aberrante signale un capteur défaillant.
Pourquoi l’accéléromètre affiche-t-il 9,81 m/s² au repos ? Parce qu’il mesure l’accélération absolue, qui inclut la réaction à la pesanteur : sa masse interne est retenue par ses ressorts contre la gravité. L’accélération linéaire, calculée par le téléphone, soustrait cette composante et affiche zéro au repos.
Qu’est-ce que la dérive du gyroscope ? Le gyroscope mesure une vitesse de rotation, pas un angle. Si l’on intègre cette vitesse pour reconstituer l’angle, les petites erreurs s’accumulent et l’angle calculé s’écarte progressivement de la réalité : c’est la dérive. Le téléphone la corrige en fusionnant le gyroscope avec l’accéléromètre et le magnétomètre.
Peut-on mesurer des ultrasons avec un smartphone ? Non. Le microphone échantillonne à 44 100 Hz, ce qui limite les mesures à environ 20 000 Hz (théorème de Nyquist) : exactement la limite de l’audition humaine, en dessous des ultrasons.
Peut-on mesurer la température avec un smartphone ? Non : les sondes internes mesurent la température de la batterie et du processeur, pas celle de l’air. Il faut un capteur externe Bluetooth, par exemple via FizziQ Connect.
Comment le téléphone connaît-il le nord malgré ses propres aimants ? Le système recalibre en permanence le magnétomètre pour soustraire les champs fixes du téléphone et de son environnement immédiat ; seule la composante terrestre sert à la boussole.
Ma boussole est fausse : comment la recalibrer ? Éloignez le téléphone de tout aimant et de toute masse métallique, puis décrivez lentement un « 8 » dans l’espace avec l’appareil : le système réapprend les champs parasites et recalibre le magnétomètre en quelques secondes.
Pourquoi mes mesures diffèrent-elles de celles d’un autre téléphone ? Chaque modèle embarque des capteurs de fabricants et de générations différents, avec leurs propres calibrations. Comparer les mesures de plusieurs appareils est un excellent TP sur la dispersion et les incertitudes.
Faut-il une connexion internet pour utiliser les capteurs ? Non, tous fonctionnent en mode avion. Seul le GPS doit capter les satellites, mais sans réseau mobile. Et pour travailler sur ordinateur sans smartphone, FizziQ Web exploite le microphone et la caméra depuis un simple navigateur.
Références et normes
Publications académiques (sélection ; ces travaux valident l’usage des capteurs de smartphone pour l’enseignement expérimental) :
- Monteiro, M. & Martí, A. C. (2022). Resource Letter MDS-1: Mobile devices and sensors for physics teaching. American Journal of Physics, 90(5), 328-343. DOI : 10.1119/5.0073317. La revue de référence, qui recense plus de 400 travaux sur le sujet.
- Vogt, P. & Kuhn, J. (2012). Analyzing free fall with a smartphone acceleration sensor. The Physics Teacher, 50(3), 182-183. DOI : 10.1119/1.3685123.
- Monteiro, M., Cabeza, C. & Martí, A. C. (2014). Exploring phase space using smartphone acceleration and rotation sensors. European Journal of Physics, 35, 045013. DOI : 10.1088/0143-0807/35/4/045013.
- Countryman, C. L. (2014). Familiarizing students with the basics of a smartphone’s internal sensors. The Physics Teacher, 52(9), 557-559. DOI : 10.1119/1.4902204.
Normes et références techniques :
- CEI 61672-1 : spécification des sonomètres professionnels (classes 1 et 2), la référence par rapport à laquelle situer le sonomètre d’un téléphone.
- CEI 60908 : norme du CD audio, origine de l’échantillonnage à 44 100 Hz / 16 bits.
- VIM (JCGM 200) : Vocabulaire international de métrologie, qui définit résolution, justesse, fidélité et incertitude.
- Fiches techniques des fabricants de capteurs (Bosch Sensortec, STMicroelectronics, TDK InvenSense, AKM), sources des plages et résolutions citées.
Ordres de grandeur vérifiés en juillet 2026 sur les modèles courants. Un doute, une valeur différente sur votre appareil ? Écrivez-nous : la dispersion entre modèles est une donnée scientifique en soi.
Pour aller plus loin : cet article approfondit un aspect de notre guide complet pour mesurer et analyser le son avec un smartphone ou un ordinateur.