Capteurs, acquisition de données, Bluetooth, USB et FizziQ Connect : le guide complet des microcontrôleurs en classe.
Mesurer la température d’un liquide pendant son refroidissement, suivre le taux de CO₂ d’une salle pendant une journée ou construire un luxmètre ne nécessite plus d’interface d’acquisition propriétaire. Une carte programmable — Arduino, micro:bit ou ESP32 —, un capteur et un logiciel d’affichage suffisent à constituer un laboratoire scientifique complet. L’enjeu de ce guide n’est pas d’apprendre à programmer : c’est de transformer un montage qui affiche des nombres en un instrument dont on connaît l’unité, la résolution, les limites et l’incertitude.
En bref
Comment faire des sciences avec un microcontrôleur ?
Vous branchez un capteur sur une carte programmable. La carte lit le signal, le convertit en unité physique, puis l’envoie par USB ou Bluetooth vers une application comme FizziQ ou phyphox, un tableur ou un programme Python. Vous y affichez, enregistrez et analysez les mesures. La valeur scientifique de l’activité vient du protocole, de l’étalonnage, de l’analyse et de l’interprétation — pas du montage lui-même.
Choisissez votre méthode
Vous utilisez FizziQ Connect. Branchez le capteur, allumez le boîtier et sélectionnez-le dans « Capteurs externes » de FizziQ. Aucune programmation, aucun câblage. → § 2
Vous voulez connecter Arduino, micro:bit ou ESP32 à un smartphone. Programmez la carte pour envoyer les mesures en Bluetooth Low Energy au format attendu par FizziQ (nom_capteur:valeur). → § 4.2
Vous voulez connecter la carte à un ordinateur. Reliez-la en USB et envoyez les mesures au format FZ0:tem:25.3 vers FizziQ Web. → § 4.1
Le chemin des données est le même dans tous les cas :
Capteur → microcontrôleur → USB ou Bluetooth → FizziQ ou phyphox → graphique → cahier d’expériences ou export.
Dans ce guide, nous utiliserons principalement FizziQ et FizziQ Web pour afficher et analyser les mesures : leur protocole texte ouvert évite de développer une interface, l’acquisition de données par Bluetooth Low Energy ou par USB y est native, et le capteur externe y rejoint les capteurs du smartphone, les graphiques et le cahier d’expériences dans un même environnement — une alternative économique aux interfaces ExAO propriétaires. Nous présenterons aussi phyphox, le moniteur série, le tableur et Python lorsque ces outils répondent mieux au besoin. Ce guide s’adresse aux enseignants de physique-chimie, de SVT, de technologie et de SNT, sans expérience préalable de l’électronique.
Vous ne souhaitez ni programmer ni câbler ?
FizziQ Connect permet de brancher directement des capteurs compatibles du commerce et de transmettre leurs mesures à FizziQ en Bluetooth. Le boîtier reconnaît le capteur à l’allumage ; le temps de classe va entièrement à l’expérience. Découvrir FizziQ Connect · Voir les capteurs compatibles
1. Le schéma complet : du capteur à l’analyse
Un microcontrôleur est un petit système informatique programmable intégré sur une puce. Contrairement à un ordinateur généraliste, une carte à microcontrôleur exécute généralement un programme embarqué dédié, lancé automatiquement à la mise sous tension, sans interface utilisateur ni système d’exploitation généraliste. Le processeur contribue aux performances, mais la cadence réelle d’une acquisition est le plus souvent limitée par le temps de réponse du capteur, le convertisseur, le bus de communication ou la transmission des données.
Toute mesure instrumentée suit la même chaîne :
Grandeur physique → capteur → signal électrique → conversion numérique → traitement → transmission → affichage → analyse → interprétation.
Cinq objets à ne pas confondre le long de cette chaîne :
| Objet | Rôle | Exemple |
|---|---|---|
| Capteur | Transforme une grandeur physique en signal | Sonde DS18B20, capteur de CO₂ |
| Microcontrôleur | Puce programmable qui lit, traite, transmet | ATmega328P, nRF52833, ESP32 |
| Carte de développement | Rend le microcontrôleur utilisable : connecteurs, alimentation, USB | Arduino UNO, micro:bit, ESP32 DevKit |
| Micro-ordinateur | Ordinateur complet avec système d’exploitation | Raspberry Pi |
| Interface d’acquisition | Boîtier prêt à l’emploi qui numérise et transmet | FizziQ Connect, interfaces ExAO |
À retenir
Un microcontrôleur ne mesure généralement pas directement une grandeur physique. Il lit le signal fourni par un capteur, le traite, puis l’enregistre ou le transmet. Les sources d’erreur se situent dans le capteur, le câblage, la conversion et l’étalonnage — rarement dans le microcontrôleur lui-même.
Pourquoi ajouter cette chaîne à un smartphone qui mesure déjà beaucoup de choses avec FizziQ ? Pour quatre raisons : accéder à des grandeurs absentes du téléphone (température par sonde, CO₂, pH, humidité du sol, force, tension) ; automatiser des mesures de longue durée (une nuit, une semaine) ; construire un instrument dont chaque choix — capteur, plage, fréquence, traitement — devient discutable en classe ; et rendre visible la chaîne de mesure qu’un instrument commercial cache. Un multimètre affiche « 23,4 °C » ; un montage affiche d’abord « 478 », et le chemin de 478 à 23,4 °C devient un objet d’étude.
2. Arduino, micro:bit, ESP32 ou FizziQ Connect : que choisir ?
Il n’existe pas de meilleure carte, mais des cartes adaptées à des objectifs différents. Beaucoup d’établissements en utilisent plusieurs.
| Solution | Programmation | Câblage | Capteurs intégrés | Sans fil | Prise en main | Usage recommandé |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Arduino | Arduino/C++, MicroPython sur certaines cartes | Souvent nécessaire | Aucun sur les cartes classiques | Selon le modèle | Intermédiaire | Construire un instrument, comprendre l’électronique |
| micro:bit | Blocs (MakeCode) ou Python | Réduit (pinces crocodile) | Accéléromètre, magnétomètre, lumière (unités arbitraires), température du processeur | Bluetooth Low Energy | Facile | Premières activités de mesure, collège |
| ESP32 | Arduino/C++, MicroPython | Nécessaire | Aucun exploitable en physique | Wi-Fi et Bluetooth selon la variante | Intermédiaire à avancé | Acquisition connectée, mesures longues |
| FizziQ Connect | Aucune | Connecteurs Grove détrompés | Plus de 30 capteurs du commerce à brancher | Bluetooth Low Energy vers FizziQ | Immédiate | Se concentrer sur le protocole et l’analyse |
Arduino est un écosystème de cartes, d’outils et de bibliothèques, très documenté. Son câblage sur plaque d’essai est un atout en technologie et une source de pannes en travaux pratiques. Attention : la connectivité sans fil dépend du modèle — une UNO R3 n’a ni Bluetooth ni Wi-Fi, tandis qu’une Nano 33 BLE ou une UNO R4 WiFi disposent du Bluetooth Low Energy.
micro:bit a été conçue pour l’enseignement : programmation par blocs, capteurs intégrés, prise en main immédiate — et elle peut réellement servir d’instrument scientifique, à condition de connaître ses limites. Deux réserves scientifiques importantes : son capteur de température mesure la température du processeur, pas celle de l’air — un excellent support pour discuter du biais systématique, pas un thermomètre d’ambiance — et son « niveau de lumière » s’exprime en unités arbitraires de 0 à 255, non en lux. Deux versions coexistent (V1 et V2, reconnaissables au connecteur cranté de la V2) ; vérifiez la vôtre avant de préparer une séquence.
ESP32 désigne une famille de microcontrôleurs Espressif, puissants, dotés du Wi-Fi et, sur la plupart des variantes, du Bluetooth Low Energy. Aucun capteur intégré exploitable en physique : c’est une plateforme d’acquisition, pas un instrument. C’est le choix naturel des projets connectés, avec un niveau technique un peu supérieur à la micro:bit.
FizziQ Connect n’est pas une quatrième famille de microcontrôleurs : c’est une interface d’acquisition bâtie autour d’un module ESP32 (M5Stack), préchargée, avec écran, batterie et connecteurs Grove. Elle reconnaît à l’allumage plus de trente capteurs du commerce (Grove, M5Stack, Seeed Studio, DFRobot), affiche les mesures, les enregistre et les transmet à FizziQ par Bluetooth — sans une ligne de code. Développée avec la Fondation La main à la pâte. Détails, capteurs compatibles et modes de diffusion : page FizziQ Connect et mode d’emploi.
FizziQ Connect : un boîtier prêt à l’emploi qui reconnaît les capteurs à l’allumage et transmet les mesures à FizziQ, sans câblage ni programmation.
Orientation pratique : la micro:bit pour commencer rapidement ; Arduino pour comprendre et construire ; ESP32 pour les projets connectés ; FizziQ Connect pour mesurer sans développer l’interface technique.
À vérifier avant l’achat
Les capacités radio varient à l’intérieur de chaque famille : certaines variantes d’ESP32 n’ont pas de Bluetooth, la plupart des cartes Arduino classiques non plus, et les blocs propres à la micro:bit V2 ne fonctionnent pas sur une V1. Consultez toujours la fiche officielle de la carte, jamais un tutoriel seul.
3. Comprendre la chaîne de mesure sur un exemple
Suivons une sonde de température plongée dans un bécher.
- La grandeur physique est la température du liquide. Elle existe indépendamment de tout instrument.
- Le capteur exploite un phénomène physique : la résistance d’une thermistance varie avec la température, de façon non linéaire ; une sonde DS18B20 intègre capteur et électronique de conversion.
- Le signal est soit une tension (capteur analogique), soit une trame de bits (capteur numérique).
- La lecture : une entrée analogique échantillonne une tension comprise dans une plage déterminée et la convertit en valeur numérique ; un capteur numérique dialogue par un bus (I²C, 1-Wire).
- La conversion applique une relation d’étalonnage : c’est là que la valeur brute devient des degrés Celsius.
- L’horodatage associe un instant à chaque valeur — sans lui, pas de courbe ni de modèle.
- La transmission, par USB ou Bluetooth Low Energy.
- L’affichage, l’enregistrement, l’analyse et l’interprétation, dans FizziQ ou l’outil de votre choix.
Sur la distinction analogique/numérique, retenez l’essentiel : un capteur analogique délivre une tension que votre programme doit numériser et convertir ; un capteur numérique transmet des données numériques par un bus, avec un câblage plus simple. Mais le protocole de transmission ne dit rien de l’exactitude : un capteur numérique bon marché, mal placé ou non étalonné, mesure moins bien qu’un capteur analogique soigné.
Pour aller plus loin. Un capteur numérique ne livre pas toujours une valeur prête à l’emploi : certains transmettent des registres bruts qu’il faut encore convertir en appliquant les coefficients d’étalonnage internes du capteur, lus dans sa fiche technique. Les bibliothèques constructeur font généralement ce travail — c’est une bonne raison de les préférer à un code recopié.
4. Connecter et afficher les données
C’est ici que se joue la différence entre un montage électronique et une activité scientifique. Quelle que soit la voie choisie, la logique du programme d’acquisition est toujours la même :
initialiser le capteur et la communication
répéter :
lire la valeur brute
convertir en unité physique
associer un temps à la mesure
vérifier que la valeur est plausible
filtrer si nécessaire
transmettre ou enregistrer
respecter la cadence choisie
Changer de carte ou de langage revient à réécrire ces opérations dans une autre syntaxe, jamais à changer la démarche. Commencez toujours par le moniteur série de votre environnement de programmation : c’est l’outil de mise au point qui permet de vérifier qu’un capteur répond et que le format des messages est correct, avant toute connexion à une application.
4.1 USB vers FizziQ Web
Sur ordinateur, FizziQ Web lit les lignes de texte envoyées par le port série au format FZ[canal]:[légende]:[valeur] — par exemple FZ0:tem:25.3 pour une température en °C sur le canal 0. Exemple minimal pour Arduino ou ESP32 :
void setup() {
Serial.begin(115200); // débit recommandé par FizziQ Web
}
void loop() {
float temperature = 25.3; // à remplacer par la lecture du capteur
Serial.print("FZ0:tem:");
Serial.println(temperature, 2);
delay(1000); // une mesure par seconde
}
Les données arrivent dans le cahier d’expériences de FizziQ Web, avec tableaux, graphiques, modélisations, export CSV, Python, PDF et rapport final. Légendes reconnues, canaux multiples, exemples micro:bit et dépannage : connecter un capteur externe à FizziQ.
4.2 Bluetooth vers FizziQ
Sur smartphone ou tablette, FizziQ détecte les périphériques Bluetooth Low Energy depuis l’écran « Capteurs externes », sans appairage préalable dans les réglages du téléphone. Le format attendu est nom_capteur:valeur (par exemple temperature:25.5), le type d’instrument étant déduit du préfixe du nom. Le capteur externe s’utilise alors exactement comme un capteur interne : mêmes affichages, même bouton d’enregistrement, mêmes horodatages que les capteurs du smartphone — ce qui autorise la comparaison directe entre une mesure externe et une mesure interne dans le même enregistrement. Chaque acquisition devient une carte du cahier d’expériences, exportable en CSV, Python, image ou QR code. Protocole complet et exemples de code : connecter un capteur externe à FizziQ.
4.3 Bluetooth vers phyphox
phyphox, développé à l’université RWTH d’Aix-la-Chapelle, propose la bibliothèque phyphox BLE pour Arduino et ESP32. Sa logique est différente : la structure de l’expérience — graphiques, canaux, intitulés — est définie dans le programme du microcontrôleur, puis transmise à l’application. L’exemple minimal tient en deux instructions (PhyphoxBLE::start() puis PhyphoxBLE::write(valeur)), et la communication peut fonctionner dans les deux sens. Cartes prises en charge et exemples : dépôt officiel phyphox-arduino.
4.4 CSV, tableur et Python
Le fichier CSV — une mesure horodatée par ligne — est le format pivot de toute la chaîne : FizziQ, FizziQ Web et FizziQ Connect exportent tous en CSV. Le tableur convient aux régressions simples et mobilise une compétence déjà travaillée en mathématiques ; Python permet les ajustements de modèles, la propagation d’incertitudes et un traitement reproductible, au prix de compétences supplémentaires. FizziQ et FizziQ Web exportent directement une observation en script Python, ce qui évite la mise en forme fastidieuse des données.
4.5 FizziQ ou phyphox ?
phyphox et FizziQ permettent tous deux d’afficher sur un appareil mobile des données provenant d’un microcontrôleur, mais leur logique pédagogique diffère.
| Critère | phyphox | FizziQ |
|---|---|---|
| Connexion | Bluetooth Low Energy | Bluetooth Low Energy (mobile et Web) ; USB (FizziQ Web) |
| Programmation | Oui, avec la bibliothèque phyphox BLE | Oui (lignes de texte au format ouvert) ; aucune avec FizziQ Connect |
| Interface d’affichage | Définie depuis le programme du microcontrôleur | Fournie par l’application, comme pour les capteurs internes |
| Capteurs du smartphone | Utilisables, transmission possible vers la carte | Dans le même enregistrement que les capteurs externes |
| Analyse et export | Outils d’analyse et d’export propres à chaque expérience phyphox | Cahier d’expériences intégré, export PDF, CSV, Python et rapport final |
| Usage privilégié | Concevoir une expérience mobile personnalisée depuis le code | Intégrer les mesures externes dans une démarche expérimentale complète |
phyphox est particulièrement adapté lorsque le développeur veut définir depuis le microcontrôleur une expérience mobile sur mesure. FizziQ l’est lorsque les mesures externes doivent rejoindre un environnement plus large — acquisition, analyse, cahier d’expériences, compte rendu. C’est une orientation, pas une règle : les deux applications sont gratuites et rien n’empêche d’utiliser l’une en projet de technologie et l’autre en travaux pratiques.
À vérifier avant la séance
Ces paramètres dépendent des versions en vigueur et sont détaillés dans les documentations : navigateurs acceptant le Bluetooth et l’USB dans FizziQ Web (Chromium uniquement au moment de la rédaction — Firefox et Safari n’implémentent pas Web Bluetooth ni Web Serial) ; cadence d’envoi recommandée (quelques centaines de millisecondes) ; nombre maximal de points par enregistrement dans FizziQ et FizziQ Connect ; légendes de capteurs reconnues, qui diffèrent partiellement entre les protocoles USB et Bluetooth. Consultez le mode d’emploi FizziQ et le mode d’emploi FizziQ Web avant de préparer la salle.
5. De la donnée brute à une mesure scientifique
Un montage qui affiche « 23,4718 °C » n’a pas produit une mesure : il a produit un nombre. Cette section est le cœur du guide.
5.1 Valeur brute et unité
Un microcontrôleur peut lire un entier issu d’un convertisseur, une tension, une trame numérique ou une valeur déjà convertie. Dans les trois premiers cas, c’est votre programme qui décide de la relation entre le nombre lu et la grandeur physique — et cette relation peut être fausse. Elle doit toujours venir de la fiche technique du capteur employé, jamais d’un exemple recopié : la conversion tension × 100 valable pour un capteur délivrant 10 mV par degré est fausse pour une thermistance, dont la réponse n’est pas linéaire.
5.2 Résolution n’est pas précision
Théoriquement, un convertisseur 12 bits sur une plage de 3,3 V distingue environ 0,81 mV par niveau, contre 4,9 mV pour un convertisseur 10 bits sur 0–5 V. Cette valeur est une résolution de codage idéale, pas une précision réelle. Un affichage à quatre décimales ne rend pas une mesure exacte : la justesse dépend de l’étalonnage, de la stabilité de l’alimentation et du bruit du montage.
Pour aller plus loin. Le convertisseur analogique de nombreuses cartes ESP32 est non linéaire, surtout aux extrémités de sa plage, et sa réponse dépend de l’atténuation configurée et de l’étalonnage. Par ailleurs, l’émission Wi-Fi provoque des appels de courant qui bruitent les entrées analogiques : mieux vaut acquérir puis émettre qu’émettre pendant l’acquisition.
5.3 Fréquence d’échantillonnage
Elle se choisit à partir du phénomène, pas des capacités de la carte :
| Phénomène | Ordre de grandeur de l’intervalle | Remarque |
|---|---|---|
| Refroidissement d’un liquide | 1 à 10 s | Le phénomène dure des dizaines de minutes |
| Suivi du CO₂, météo | 10 s à 5 min | Le capteur lui-même est lent |
| Oscillation mécanique (T ≈ 1 s) | 20 à 50 ms | Au moins 20 points par période |
| Signal sonore | < 25 µs | Hors de portée d’une liaison BLE : utiliser le microphone du smartphone |
Deux points par période sont une limite théorique absolue, jamais un objectif : visez dix à vingt points par période. Et la voie de transmission impose sa propre limite — avec un envoi Bluetooth toutes les quelques centaines de millisecondes, on ne suit pas un phénomène qui varie en quelques dizaines de millisecondes.
5.4 Bruit et filtrage
Quatre outils, par agressivité croissante : moyenne de plusieurs lectures rapprochées, moyenne glissante, médiane (efficace contre les valeurs aberrantes isolées), filtrage exponentiel proposé dans les réglages de FizziQ. Le filtrage lisse une courbe, mais peut masquer une variation réelle et faire disparaître le pic qui était l’objet de l’étude. Règle honnête en classe : montrer la courbe brute, puis la courbe filtrée, et discuter de ce qui a été perdu.
5.5 Étalonnage
Comparer l’instrument à une référence, en une séance : placer sonde et thermomètre de référence dans le même bain agité ; relever au moins cinq couples de valeurs sur l’étendue utile, à l’équilibre thermique ; tracer mesure en fonction de référence ; ajuster une droite et en déduire une correction ; puis vérifier l’instrument sur un point qui n’a pas servi à l’étalonnage — l’étape qu’on oublie et qui valide réellement le travail. Voir l’entrée étalonnage du glossaire.
5.6 Incertitude
La qualité finale dépend de toute la chaîne : capteur, montage, alimentation, conversion, étalonnage, environnement, traitement, transmission.
La qualité d’une mesure dépend autant du capteur, de son étalonnage et du protocole que du nombre de chiffres affichés.
Pour aller plus loin : analyser les incertitudes de mesure.
6. Choisir un capteur
Le choix part de la grandeur à mesurer et de la question posée, jamais d’un catalogue. Posez systématiquement cinq questions : quelle grandeur est réellement mesurée, dans quelle unité, sur quelle étendue, avec quelles limites connues, et faut-il un étalonnage ?
| Discipline | Grandeurs accessibles | Vigilances typiques |
|---|---|---|
| Physique | Température, éclairement, distance, pression, force, tension, intensité | L’inertie d’une sonde lisse les variations rapides ; un capteur de lumière sature en plein soleil ; ne jamais mesurer la tension du secteur |
| Chimie | Température, pH, conductivité, gaz, colorimétrie | Le pH exige un étalonnage à deux points minimum et se dérègle ; la conductivité dépend fortement de la température |
| SVT et environnement | CO₂, humidité de l’air et du sol, luminosité, particules fines, fréquence cardiaque | Un capteur « eCO₂ » (SGP30) estime le CO₂ à partir des COV, un capteur infrarouge (SCD40) le mesure : ils ne sont pas interchangeables ; une sonde d’humidité du sol mesure une conductance ou une capacité, pas une teneur en eau ; un capteur de pouls n’est pas un dispositif médical |
Les exemples cités (DS18B20, BH1750, SCD40, SGP30, VL53L0X, SHT30…) figurent dans les capteurs vérifiés compatibles avec FizziQ Connect ; d’autres références équivalentes conviennent avec une carte programmée. Panorama détaillé : quinze capteurs pour étudier les sciences.
7. Six expériences essentielles
Pour chaque expérience : la question, le capteur, le protocole en bref, et surtout les limites — c’est là que se joue la formation scientifique. Vérifiez la compatibilité de votre capteur avec votre carte et votre version d’application.
7.1 Refroidissement d’un liquide
Question : comment évolue la température d’un liquide chaud abandonné dans une pièce ? Collège-lycée, physique-chimie. Sonde étanche DS18B20 dans un bécher d’eau à 60 °C maximum ; une mesure toutes les 5 s pendant 30 min ; tracer T(t) et ajuster un modèle exponentiel sur l’écart à la température ambiante. Limites : l’inertie de la sonde, l’évaporation et l’agitation influencent la courbe ; le modèle exponentiel suppose un écart de température modéré et un milieu homogène.
7.2 Éclairement et distance à la source
Question : comment l’éclairement varie-t-il avec la distance ? Lycée, physique. Capteur BH1750 face à une lampe ponctuelle en pièce sombre ; relevés tous les 5 cm de 10 cm à 1 m ; tracer E en fonction de 1/d². Limites : la loi en inverse du carré ne vaut que pour une source quasi ponctuelle, sans réflexions ; mesurer la lumière ambiante lampe éteinte et la soustraire ; attention à la saturation. Activité associée : éclairement et distance à la source.
7.3 Suivi du CO₂ dans une salle
Question : comment la concentration évolue-t-elle pendant un cours, puis après aération ? Collège-lycée, SVT et physique-chimie. Capteur infrarouge SCD40 loin des visages ; une mesure toutes les 30 s ; annoter les ouvertures de fenêtres dans le cahier d’expériences ; repérer pente de montée et décroissance. Limites : temps de réponse de plusieurs dizaines de secondes ; ne pas confondre avec un capteur eCO₂ ; l’auto-étalonnage suppose une exposition régulière à l’air extérieur.
7.4 Station météorologique
Question : comment température, pression et humidité évoluent-elles ensemble sur plusieurs jours ? Collège-lycée, SVT et physique-chimie. Capteur combiné SHT30 + QMP6988 à l’abri du rayonnement direct ; une mesure toutes les 5 min ; superposer les séries, chercher des corrélations, comparer à une station officielle proche. Limites : l’échauffement du boîtier biaise la température ; l’humidité relative dépend de la température ; la pression varie d’environ 12 hPa par 100 m d’altitude.
7.5 Télémètre à ultrasons
Question : jusqu’où faire confiance à une mesure de distance par ultrasons ? Collège-lycée, physique et technologie. Module ultrason sur Arduino ou ESP32 ; comparer distance mesurée et distance réelle de 5 cm à 3 m, puis varier l’angle et la nature de la cible. Limites : le calcul suppose une vitesse du son d’environ 343 m/s à 20 °C, qui augmente d’environ 0,6 m/s par degré ; zone morte à courte distance, faisceau conique, mauvaise réflexion sur les surfaces molles. Prolongement : corriger avec la température réelle de l’air — un beau couplage de deux capteurs.
7.6 Humidité du sol et évaporation
Question : à quelle vitesse un sol se dessèche-t-il, et de quoi cela dépend-il ? Collège-lycée, SVT. Sonde capacitive dans des pots identiques ; une mesure toutes les 10 min sur plusieurs jours, en ne faisant varier qu’une condition ; comparer les vitesses de dessèchement. Limites : la sonde mesure une conductance ou une capacité, pas une teneur en eau — le pourcentage affiché est une convention ; les sondes résistives se corrodent ; un étalonnage par pesée donne son sens à la mesure.
Passer du guide à la séance. Chacune de ces expériences peut être reliée à une activité FizziQ complète — protocole, activité à ouvrir dans l’application par QR code, jeu de données d’exemple pour la séance d’analyse. L’activité éclairement et distance à la source en est un exemple, et le catalogue des activités propose plus de cent protocoles prêts à l’emploi.
Quatre pistes supplémentaires
Pour aller plus loin, quatre expériences demandant un montage programmé sont esquissées ici : la charge d’un condensateur (circuit RC en très basse tension exclusivement, ajustement exponentiel de la constante de temps) ; le pendule (où l’accéléromètre du smartphone, échantillonné à 50–100 Hz par FizziQ, est souvent plus adapté qu’un capteur externe transmis par Bluetooth — savoir renoncer au montage fait partie de la démarche) ; la conductivité d’une solution (sonde dédiée à excitation alternative, gamme d’étalonnage, température contrôlée) ; et la serre régulée (capteur, seuil, hystérésis et actionneur basse tension sous surveillance — en distinguant clairement acquisition et commande).
8. Trois niveaux pédagogiques : utiliser, modifier, concevoir
Une même expérience peut être menée à trois profondeurs, ce qui permet de la réutiliser du collège au supérieur.
Niveau 1 — Utiliser. Système assemblé et programmé, ou boîtier prêt à l’emploi : le temps de classe va entièrement au protocole, aux variables, aux graphiques et à l’interprétation. Utiliser n’est pas pédagogiquement inférieur à programmer : les objectifs sont différents.
Niveau 2 — Modifier. Les élèves changent un paramètre du programme fourni : intervalle, constante d’étalonnage, seuil, unité. Chaque modification devient une hypothèse à tester. C’est le niveau le plus négligé et le meilleur rapport entre temps investi et apprentissage.
Niveau 3 — Concevoir. Choix du capteur, câblage, programme, validation contre une référence, documentation des limites, présentation de l’instrument. Format naturel d’un projet interdisciplinaire ou d’un grand oral.
9. Organisation et sécurité
Avant la séance. Testez chaque carte, chaque capteur et chaque câble USB — beaucoup de câbles ne transportent que la charge, pas les données. Numérotez les kits, imprimez un schéma de câblage, préparez un programme de secours déjà téléversé et un jeu de données de secours qui sauvera la séance d’analyse en cas de panne. Donnez à chaque appareil Bluetooth un nom distinct : huit appareils au même nom désorganisent une classe entière.
Pendant la séance. Séparez explicitement temps de montage et temps d’expérimentation. Répartissez les rôles (montage, programme, protocole, données, rapporteur) avec rotation. Faites documenter dans le cahier d’expériences chaque modification du programme et chaque paramètre d’acquisition. Faites exporter les données avant de démonter ; dans FizziQ, le partage par QR code diffuse une observation à toute la classe sans connexion Internet.
Sécurité — règles non négociables.
- Très basse tension uniquement ; jamais de connexion au secteur, jamais de mesure de la tension du secteur.
- Vérifier les polarités avant la mise sous tension : une inversion peut détruire capteur ou carte, et certaines gammes de capteurs inversent les pôles malgré des connecteurs identiques.
- Débrancher l’alimentation avant toute modification du montage ; prévenir les courts-circuits.
- Respecter la tension maximale des entrées analogiques (typiquement 3,3 V) et les limites de courant des broches : un actionneur se pilote via un étage de puissance et une alimentation séparée.
- Protéger les cartes des liquides ; n’immerger que les sondes prévues pour cela ; manipuler les batteries lithium avec précaution.
- Surveiller en permanence toute expérience impliquant chauffage ou actionneur ; appliquer les règles habituelles du laboratoire pour la chimie et la biologie ; nettoyer les sondes après usage.
10. Dépannage express
Les six pannes les plus fréquentes en séance, et la vérification à faire en premier :
| Problème | Vérification prioritaire |
|---|---|
| La carte n’est pas détectée | Bluetooth activé sur l’appareil ; navigateur Chromium pour FizziQ Web ; câble USB de données (beaucoup ne transportent que la charge) |
| Le capteur apparaît mais aucune valeur n’arrive | Format exact du message (nom_capteur:valeur en Bluetooth, FZ0:tem:25.3 en USB) ; vérifier d’abord le flux dans le moniteur série |
| L’unité affichée est incorrecte | Préfixe ou légende du capteur : c’est lui qui détermine l’instrument et l’unité dans FizziQ |
| La courbe est instable ou aberrante | Cadence d’envoi trop élevée ; alimentation ; conversion recopiée d’un exemple inadapté au capteur ; filtrage |
| Plusieurs groupes voient la même carte | Attribuer un nom Bluetooth unique à chaque appareil avant la séance |
| La connexion se coupe en cours d’enregistrement | Alimentation ou batterie ; mise en veille de l’appareil ; distance et obstacles |
Si le problème persiste : moniteur série d’abord (le flux sort-il de la carte ?), documentation ensuite (FizziQ, FizziQ Web, capteurs externes).
11. Questions fréquentes
Quelle différence entre Arduino et ESP32 ? Arduino désigne un écosystème de cartes et d’outils ; ESP32 désigne une famille de microcontrôleurs conçue par Espressif, qui se programme d’ailleurs très bien dans l’environnement Arduino. L’ESP32 offre davantage de puissance et des connexions sans fil intégrées ; les cartes Arduino classiques sont plus simples et plus tolérantes en 5 V.
Faut-il savoir programmer pour utiliser un microcontrôleur ? Non. Un boîtier prêt à l’emploi comme FizziQ Connect reconnaît les capteurs à l’allumage et transmet les mesures sans une ligne de code ; seuls les capteurs analogiques demandent une configuration de métrologie (nom, unité, valeurs à 0 V et 3,3 V). La programmation devient nécessaire pour un capteur non pris en charge ou un comportement sur mesure.
Tous les Arduino possèdent-ils le Bluetooth ? Non. Une carte UNO R3 n’a ni Bluetooth ni Wi-Fi. Les cartes Nano 33 BLE et UNO R4 WiFi disposent du Bluetooth Low Energy. Vérifiez toujours la fiche officielle de la carte : c’est l’erreur la plus fréquente des tutoriels en ligne.
Peut-on connecter un Arduino à un smartphone ? Oui, si la carte dispose du Bluetooth Low Energy ou si on lui ajoute un module BLE. Le smartphone reçoit alors les mesures dans FizziQ ou dans phyphox, selon le format et la bibliothèque utilisés.
Quelle est la différence entre FizziQ et phyphox ? phyphox permet de définir l’expérience mobile depuis le programme du microcontrôleur, grâce à sa bibliothèque phyphox BLE. FizziQ intègre le capteur externe comme un instrument parmi les autres, aux côtés des capteurs du smartphone, des graphiques et du cahier d’expériences, jusqu’au compte rendu exporté. Deux logiques différentes, deux applications gratuites.
Peut-on utiliser FizziQ sans FizziQ Connect ? Oui. FizziQ fonctionne d’abord avec les seuls capteurs du smartphone, et accepte tout microcontrôleur Bluetooth Low Energy — Arduino, micro:bit, ESP32 — qui envoie ses mesures au format documenté. Le protocole est ouvert et n’impose aucun matériel particulier.
Quelle fréquence d’échantillonnage faut-il choisir ? Celle qu’impose le phénomène : dix à vingt points par période pour un signal périodique, quelques secondes entre deux points pour un refroidissement, plusieurs minutes pour un suivi environnemental. Trop vite sature la liaison ; trop lentement fait disparaître le phénomène.
Peut-on enregistrer des mesures pendant plusieurs heures ? Oui, en dimensionnant l’acquisition : à raison d’une mesure toutes les 10 s, quelques milliers de points couvrent une douzaine d’heures. Vérifiez la limite de points de votre application dans sa documentation, et prévoyez l’alimentation — une liaison USB permanente est plus sûre qu’une batterie pour un suivi de 24 heures.
Les mesures d’un capteur bon marché sont-elles fiables ? Elles peuvent l’être, à condition de connaître leurs limites. Un capteur peu coûteux suffit souvent pour comparer des situations ou suivre une évolution ; rarement pour produire une valeur absolue de référence. L’étalonnage, la répétabilité et la maîtrise des conditions comptent davantage que le prix.
12. Ressources et activités associées
- Découvrir FizziQ Connect et sa liste de capteurs compatibles.
- Connecter un capteur externe à FizziQ : protocole Bluetooth, préfixes, exemples, dépannage.
- Comprendre les capteurs du smartphone : le point de départ, avant d’ajouter un capteur externe.
- Quinze capteurs pour étudier les sciences.
- Analyser les incertitudes de mesure et étalonnage dans le glossaire.
- Explorer les activités scientifiques FizziQ.
Guide vérifié auprès des sources officielles le 31 juillet 2026. Les caractéristiques matérielles et les compatibilités logicielles évoluent : consultez les documentations avant l’achat d’un capteur ou la préparation d’une séance.