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mems
En plus des puces bluetooth, Wi-Fi ou GPS, votre smartphone contient des tonnes de capteurs physique : capteur de température, de pression, capteur magnétique… ainsi qu’un capteur d’orientation, appelé accéléromètre.
L’accéléromètre de votre téléphone est capable se vous donner l’orientation du téléphone mais également — comme l’indique son nom — l’accélération (la mise en mouvement) subie par le téléphone.

Ainsi, si vous faites glisser votre téléphone sur la table, sans en changer l’orientation, votre téléphone détectera ce déplacement.

Le gyroscope : l’accéléromètre traditionnel

Traditionnellement, on utilise des gyroscopes mécaniques : ces appareils rotatifs ont pour particularité de conserver une orientation fixe. Ainsi, quand un appareil changeait d’orientation, le gyroscope ne tournait pas et il suffisait de mesurer l’angle entre le gyroscope et le reste de la machine pour déduire l’angle de rotation.

Les téléphones n’embarquent pas de gyroscopes mécanique : ça serait beaucoup trop gros, trop gourmand en électricité et surtout trop fragile. À la place, ils embarquent des puces électroniques qui font le même travail.

Il y a donc, quelque part dans le téléphone, un dispositif qui permet de transformer des signaux mécaniques en signaux électroniques.

Les MEMS

L’accéléromètre d’un smartphone est rendu possible grâce à un type particulier de puces appelées « MEMS », de l’acronyme anglais pour « microsystème électromécanique ».
Ce sont des constructions en semi-conducteurs, très fins et très petits, qui fonctionnent comme des petits ressors. Chargés électriquement, la déviation du petit ressort produit le déplacement de la charge électrique, qui est alors captée.

L'accéléromètre de votre téléphone est constitué d'une très fine tige de silicium mobile. Cette tige est suffisamment petite pour rester solide et ne pas se briser, mais également assez longue (une centaine de micromètres) pour avoir une inertie propre et pouvoir bouger librement.
De cette façon, quand le téléphone bouge, l’inertie de la tige retarde sa propre mise en mouvement et elle se retrouve décalée d’un côté. Cette déviation ne dépasse pas une distance de l’ordre du dixième de micromètre.

Quand cette tige de silicium est chargée électriquement et la cage dans laquelle elle se trouve également, le déplacement de charges portée sur la tige est détectable et on en déduit le sens du déplacement :

fonctionnement d’un accéléromètre électromécanique
↑ principe d’un accéléromètre électromécanique (la partie rouge se met en mouvement par rapport au reste et le décalage est détecté grace au déplacement de charge qu’elle porte) — (source)

Bien-sûr, avec un seul de ces systèmes, on arrive à mesurer l’accélération sur un seul axe seulement. C’est donc pourquoi que les accéléromètres sont constitués en réalité d’un minimum de 3 de ces tiges, mesurant chacune l’accélération dans un plan (X, Y, Z). C’est ensuite une unité de calcul dédiée qui envoie les informations relatives au déplacement vers le processeur central (CPU).

Les gyroscopes aujourd'hui présents dans les appareils électroniques fonctionnent sur le même principe : une série de tiges micrométriques en silicium qui réagissent à la rotation, tout comme les accéléromètres réagissent au déplacement. En plus des tiges, il peut y en avoir en forme de spirales ou d’autres formes, afin de détecter des angles par exemple.

Conclusion

L’électronique a remplacé beaucoup de choses qui étaient à l’époque électro-mécaniques, telles que les bilames d’un clignotant ou les ampoules à mercure d’une sonnette de porte.

Il est intéressant de voir que certaines choses restent mécaniques : les MEMS avec leur tiges mobiles sont des systèmes mécaniques. Ils sont juste très miniaturisés.

La photo d’en-tête montre la structure d’un MEMS vu au microscope électronique : on distingue les différentes branches mobiles (il y en a un grand nombre, plutôt qu’une, pour démultiplier la fiabilité du signal). L’ensemble mesure quelques centaines de micromètres de large.

  • Pour essayer et vous amuser, Mozilla Developper Network (MDN) a fait un exemple de script détection de l’accéléromètre dans une page web : Orientation Example (à utiliser sur mobile).
  • Si ça ne suffit pas, j’ai également fait un exemple ici : HTML5 accelerometer

image d’en-tete de Defence.ru

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Le Hollandais Volant wrote:

@Matthieu : effectivement, mais ce ne sont pas des gyroscopes rotatifs. Pareil, ce sont des MEMS, dont le fonctionnement est identique à l'accéléromètre dont je parle : des brindilles de silicium micrométriques qui détectent les rotations.

En fait, le gyroscope ici n'est autre ici qu'un accéléromètre spécial pour les rotation (ils détectent les angles alpha, bêta, gamma) alors que l'accéléromètre détecte les déplacements (x, y, z).

Au final, on peut retrouver les 6 paramètres (angles et déplacements) par le calcul dans les deux cas, mais justement, ça nécessite une unité de calcul. J'imagine que c'est pour cela qu'on utilise un gyroscope directement, maintenant.

http://www.tomshardware.fr/articles/MEMS,2-811-14.html

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Le Hollandais Volant wrote:

@Steph : Oh, je ne savais pas que ça s’appelait comme ça. En tout cas utiliser la relativité pour déterminer des angles de rotation, c’est très ingénieux.

@Pierre : Merci pour le lien de la vidéo !

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Pazns wrote:

À ce propos, il est facile de constater la gravitation terrestre à l'aide de son téléphone et de son accéléromètre.
Celui-ci subit en permanence les fameux 9.8 m/s² .

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Le Hollandais Volant wrote:

@Pazns : tout à fait !
J’avais d’ailleurs trouvé cette application en écrivant l’article. Il affiche bien le 9,81 m/s². Par ailleurs, on constate aussi que si on le laisse tomber (chute libre) il affiche alors 0 g.

Et si on balance le téléphone à bout de bras, le téléphone subit des accélérations importantes (j’arrive à monter jusqu’à 13 g :p).

L’application est bien faite : il affiche l’accélération courante, mais aussi le min et le max.

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Pazns wrote:

@Le Hollandais Volant :

L'application demande de voir les réseaux Wifi, de voir l'identifiant du téléphone et l'appel en cours, et l'accès au stockage externe.
En quoi est-ce justifié ?

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PascalB wrote:

Je profite des 2 fautes d'inattention pour poster mon 1er commentaire pour te féliciter pour le contenu très intéressant de ton site et de tes liens (au fil du web).
"qui fonctionnent comment des petits ressors."->qui fonctionnent comme des petits ressorts
qui est alors capté -> qui est alors captée

Merci!


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