Le capteur de lumière ambiante d’un smartphone est une photodiode : un composant semi-conducteur qui convertit la lumière reçue en courant électrique. Son rôle premier est d’ajuster automatiquement la luminosité de l’écran. Détourné en instrument scientifique, il mesure l’éclairement en lux et permet d’étudier la propagation de la lumière avec FizziQ.
Observer expérimentalement le capteur de lumière
FizziQ exploite ce capteur comme luxmètre, lorsque le système le rend accessible : la présence et les caractéristiques du capteur varient selon les appareils.
Étapes :
- Localiser le capteur en façade, près de la caméra frontale : balayer le haut de l’écran avec un doigt, la mesure chute quand on le masque.
- Observer la mesure d’éclairement dans FizziQ en passant de l’ombre à la lumière : la valeur peut varier d’un facteur 100 ou plus.
- Vérifier si la valeur évolue continûment ou par paliers : certains appareils ne transmettent que des niveaux espacés.
- Orienter le capteur vers une lampe puis l’incliner : la mesure suit le cosinus de l’angle d’incidence.
- Comparer deux smartphones côte à côte devant la même source : les écarts illustrent l’absence d’étalonnage de ces capteurs.
Activités scientifiques sur ce thème
- Éclairement : loi en 1/d²
- Loi de Beer-Lambert au luxmètre
- Diffusion et rétroréflexion
- Période d’un pendule : isochronisme
Prolongements possibles avec FizziQ : utiliser la variation d’éclairement pour détecter les passages d’un objet devant le capteur (pendule, mobile), ou comparer la transmission de différents filtres colorés.
En savoir plus
De la lumière au nombre
Dans une photodiode, chaque photon absorbé dans le semi-conducteur libère des charges électriques. Le courant produit est proportionnel au flux lumineux reçu, sur une très large plage : c’est ce qui permet de couvrir de quelques lux à plus de 100 000 lux. Un filtre optique corrige la réponse du composant pour l’approcher de la sensibilité de l’œil humain, maximale dans le vert : le capteur mesure ainsi une grandeur photométrique, l’éclairement, et non une puissance physique brute.
Un capteur d’agrément, pas de métrologie
Ce composant est conçu pour régler un écran, tâche qui ne demande ni justesse ni finesse. Selon les modèles, la valeur transmise peut être arrondie, mise à jour lentement ou limitée à quelques paliers ; l’accès même au capteur dépend du système. Les comparaisons et les lois de variation restent fiables ; les valeurs absolues doivent être considérées comme indicatives. Pour des mesures reproductibles, un capteur de lumière externe dédié peut être relié à FizziQ via le boîtier FizziQ Connect.
Ne pas confondre avec la caméra
La caméra est aussi un capteur de lumière, mais son exposition automatique ajuste en permanence sa sensibilité : elle ne fournit pas de mesure d’éclairement directe. FizziQ l’utilise pour un autre instrument, le colorimètre, qui analyse la composition de la lumière (rouge, vert, bleu, teinte, absorbance) plutôt que sa quantité.
Ordres de grandeur : salle de classe : 300 à 500 lx ; extérieur couvert : environ 10 000 lx ; plein soleil : environ 100 000 lx ; temps de réponse typique du capteur : quelques dixièmes de seconde, suffisant pour un pendule lent mais pas pour un phénomène rapide.
Formule
Le courant délivré par la photodiode est proportionnel au flux lumineux reçu :
I = S × Φ
où :
- I : photocourant (A)
- S : sensibilité de la photodiode (A/lm)
- Φ : flux lumineux reçu (lumen, lm)
L’électronique convertit ce courant en une valeur d’éclairement E = Φ/S_surface, exprimée en lux (1 lx = 1 lm/m²).
Exemples d’application
- Le réglage automatique de la luminosité de l’écran selon la lumière ambiante.
- L’extinction de l’écran pendant un appel, assurée sur de nombreux modèles par un capteur voisin de proximité.
- La mesure d’éclairement en lux dans FizziQ pour vérifier la loi en 1/d².
- Le déclenchement de l’éclairage public au crépuscule par des cellules photoélectriques du même principe.
- La détection du passage d’un objet par la chute d’éclairement qu’il provoque.
FAQ
Q : Tous les smartphones ont-ils un capteur de lumière utilisable ? R : Presque tous en possèdent un pour l’écran, mais son accès par les applications dépend du modèle et du système. Le plus simple est de vérifier si la mesure d’éclairement apparaît dans FizziQ et si elle réagit quand on masque le capteur.
Q : Pourquoi la mesure évolue-t-elle par paliers sur certains appareils ? R : Le réglage d’un écran ne demande que quelques niveaux de luminosité. Certains constructeurs ne transmettent donc que des valeurs espacées, ce qui limite l’usage quantitatif fin du capteur.
Q : Le capteur de lumière mesure-t-il la couleur ? R : Non, il fournit une valeur globale d’éclairement pondérée comme la vision humaine. L’analyse des couleurs passe par la caméra et l’instrument colorimètre de FizziQ, ou par un capteur de couleur externe.
Concepts liés
Luxmètre - Éclairement - Luminance - Spectre visible - Colorimètre