Evaluer la qualité d'un capteur
Analyse de la précision d'un capteur
Niveau :
Lycée
Auteur :
FizziQ
Objectif pédagogique :
Cette activité permet aux élèves de comprendre les concepts de précision et d'incertitude de mesure. Elle développe l'esprit critique vis-à-vis des instruments de mesure et introduit l'analyse statistique des données.
Concepts abordés :
Distribution normale; Incertitude de mesure; Écart-type; Précision des capteurs; Analyse statistique
Description de l'activité :
L'élève mesure l'accélération absolue d'un smartphone immobile pendant 20 secondes puis étudie la dispersion des valeurs obtenues à l'aide des outils statistiques de FizziQ. En analysant l'histogramme des données et en calculant l'écart-type l'élève évalue la précision de l'accéléromètre et compare ses résultats avec ceux obtenus sur d'autres modèles de smartphones.
Matériel requis :
Smartphone avec l'application FizziQ; Surface stable pour poser le smartphone; Éventuellement plusieurs smartphones de modèles différents pour comparaison; Cahier d'expérience FizziQ; Optionnel: logiciel tableur pour analyse complémentaire
Eclairage scientifique
L'accéléromètre d'un smartphone au repos devrait théoriquement mesurer une valeur constante (environ 9,81 m/s² pour l'accélération absolue, due à la gravité). En réalité, les mesures fluctuent légèrement autour de cette valeur à cause de plusieurs facteurs: bruit électronique du capteur, vibrations infimes de l'environnement, et limites intrinsèques de résolution du capteur MEMS. Ces fluctuations suivent généralement une distribution normale (gaussienne), caractérisée par sa moyenne μ et son écart-type σ. L'écart-type quantifie la dispersion des mesures et constitue un excellent indicateur de la précision du capteur: plus σ est faible, plus le capteur est précis. FizziQ permet une visualisation directe de cette distribution via l'histogramme des mesures. Pour un capteur idéal, la courbe devrait être étroite et centrée sur la valeur réelle. Dans les smartphones modernes, les accéléromètres ont typiquement une précision de ±0,01 à ±0,05 m/s², mais cette valeur varie selon les modèles et les fabricants. La qualité d'un capteur n'est pas nécessairement corrélée au prix du smartphone; certains modèles d'entrée de gamme peuvent avoir d'excellents accéléromètres. D'autres indicateurs statistiques comme le coefficient d'asymétrie (skewness) et l'aplatissement (kurtosis) peuvent fournir des informations supplémentaires sur la nature des erreurs du capteur. Cette expérience illustre les concepts fondamentaux de métrologie, science de la mesure, et montre l'importance de l'évaluation critique des instruments de mesure en science expérimentale.