Le Smartphone: un laboratoire de poche

Cette année, au cours du Projet Sciences 3, matière faisant partie de l’Unité d’Enseignement Fondamentaux Scientifiques, les étudiants du campus aixois de l’Esaip ont utilisé leur téléphone comme support de travaux pratiques pour réaliser des expériences de Physique.

Les smartphones font aujourd’hui une partie intégrante de notre vie. Ces téléphones, nous sont souvent dépeints comme étant un frein à la vie sociale et comme objet d’addiction, cependant leur capacité réelle n’est pas optimisée. En effet, à l’aide de certaines applications, il est possible de réaliser très facilement des expériences scientifiques intéressantes : étude mécanique de mouvement d’un système, retrouver une bonne approximation de la masse de la Terre, étudier la concentration de certains colorants chimiques et bien d’autres. Le « challenge » était d’utiliser les smartphones comme accompagnement de supports scientifiques mais aussi de comprendre comment fonctionnent les capteurs mis en jeu dans le cadre du Projets Sciences. Ce projet sciences intervient à chaque semestre dès l’entrée des étudiants en cycle préparatoire intégré et ceci pendant deux ans. Son but est tout d’abord de leur apprendre à travailler en groupes sur des thèmes divers et en utilisant différents supports étudiants :
– Au premier semestre, consiste à exposer sous forme de compte-rendu et de powerpoint un sujet choisi parmi une liste donnée sur la thématique des Mathématiques.
– Au second semestre , ce projet s’oriente sur la Chimie et cette fois-ci le rendu est un poster accompagnée d’une soutenance.
– Au cours du troisième semestre, les étudiants doivent réaliser une expérience en Physique, en la réalisant du début à la fin avec les moyens du bord et être capable de dégager un raisonnement scientifique pour l’explication du phénomène étudié.
– Enfin lors du quatrième semestre, une simulation d’un stand pour la fête de la science est demandé dans une thématique de leur choix.

Cet article a pour but de vous exposer une expérimentation d’utilisation du smartphone pour réaliser un TP de Physique en se servant des capteurs présents sur un téléphone, qui sont mis en évidence par des applications gratuites. Cette étude a été motivée par une conférence auquel j’ai assisté le 27 juin 2018 à l’Université Aix-Marseille intitulée : « TP de physique avec son smartphone » exposée par Ulysse Delabre, de l’Université de Bordeaux. Le but était de montrer comment on peut détourner simplement les capteurs de ces smartphones pour faire des expériences dans différentes domaines de la Physique. Ceci permet aux étudiants de faire des expériences librement hors des salles de TP classiques et assez facilement. Le travail qui nous a été exposé est celui réalisé à l’Université de Bordeaux en première année auprès de 700 étudiants depuis plus de deux ans au département de Physique.

Nous avons donc mené cette étude entre septembre 2018 et janvier 2019 avec 4 groupes d’étudiants. Les applications téléphoniques principalement utilisées sont PhyPhox et Luxmeter représentées ci-dessous (voir Figure 1) :

Figure 1

L’application Luxmeter possède un capteur de luminosité permettant d’effectuer des mesures d’absorbance par exemple. L’application Phyphox, possède quand à elle, une multitude de capteurs tels que des gyroscopes, accéléromètres, capteurs de luminosité, ou encore des magnétomètres, etc…

Les phénomènes étudiés ce semestre étaient (voir Figure 2): l’effet Doppler, la Mécanique Newtonienne, les Oscillations et le Daltonisme comme illustré ci-dessous:

Figure 2

La première étude consistait à retrouver la valeur de la masse de la Terre à partir de la mesure d’oscillations d’un pendule constitué d’un socle, une ficelle, un rouleau de carton et le téléphone pour mesurer la période des oscillations afin de retrouver une valeur approchée de la masse théorique de la Terre. La deuxième expérience consistait à étudier la cinématique du mouvement d’un ascenseur. L’étude suivante consistait à déterminer la concentration de différentes cuves contenant de la Vanilline à partir de mesure de l’Absorbance. Enfin la dernière expérience permettait la mise en évidence de l’effet Doppler.

Ces études se sont accompagnées de calculs d’incertitudes afin de vérifier la cohérence avec les valeurs théoriques. Les résultats obtenus sont satisfaisants, car les erreurs relatives sont en moyenne inférieur à 5%.

Concernant le retour des étudiant, il est très positif. En effet, ils ont pris part au projet et à cette expérimentation avec beaucoup d’entrain et de curiosité, cela a vraiment été une source de motivation pour eux.Même si les étudiants étaient au début du semestre un peu réticents à l’utilisation des téléphones en TP, il s’avère qu’ils ont apprécié l’utilisation détournée des smartphones.

Ainsi le smartphone peut devenir une véritable boite à outils ou tout simplement un « partenaire » de TP. Il serait intéressant de pouvoir diversifier cette étude à d’autres phénomènes physiques afin d’utiliser la multitude de capteurs présents sur nos smartphones.

Cette étude est motivée par le travail d’Ulysse Delabre lors de sa conférence à l’Université Aix-Marseille.

Mickaël Bosco
Pilote du Cycle Préparatoire à l’ESAIP (Campus Aix)

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