Les capteurs permettent à un système électronique de mesurer des grandeurs physiques et de connaître ce qui se passe dans son environnement. Grâce à eux, une machine peut détecter la lumière, la température, la pression, la position d'un objet, un mouvement, une force ou encore la présence d'un gaz. Sans capteurs, les appareils électroniques seraient incapables de réagir automatiquement à ce qui les entoure.

Un capteur transforme une grandeur physique en un signal électrique que les circuits électroniques peuvent interpréter. Selon le type de capteur, ce signal peut être une tension, un courant, une résistance, une fréquence ou un signal numérique. Le microcontrôleur ou le microprocesseur analyse ensuite cette information afin de prendre une décision ou d'effectuer un calcul.

Les grandeurs physiques mesurées sont très nombreuses. On peut par exemple mesurer la température d'une pièce, la luminosité d'un écran, la vitesse d'un véhicule, l'humidité de l'air, la pression atmosphérique, la distance d'un obstacle, l'accélération d'un téléphone ou encore la concentration d'un gaz dans l'air.

Une mesure n'est jamais parfaitement exacte. Tout capteur possède une certaine précision, une résolution et une plage de mesure. La précision indique à quel point la valeur mesurée est proche de la réalité. La résolution correspond à la plus petite variation que le capteur est capable de détecter. La plage de mesure définit les valeurs minimales et maximales qu'il peut mesurer correctement.

Pour garantir des mesures fiables, de nombreux capteurs doivent être étalonnés. Cette opération consiste à comparer leurs mesures à une valeur de référence afin de corriger les éventuels écarts. Les instruments utilisés dans les laboratoires, les hôpitaux ou l'industrie sont régulièrement étalonnés pour conserver leur précision.

Exemple : un thermostat électronique contient un capteur de température. Celui-ci mesure en permanence la température de la pièce et transmet cette information au microcontrôleur. Si la température devient inférieure à la valeur choisie, le chauffage est automatiquement mis en marche. Lorsqu'elle est atteinte, le chauffage s'arrête.

Les capteurs sont souvent associés aux actionneurs dans les systèmes automatisés. Les capteurs observent l'environnement, le circuit électronique traite les informations reçues, puis les actionneurs réalisent les actions nécessaires. Ce fonctionnement est à la base des robots, des véhicules modernes, des appareils médicaux, des objets connectés et de nombreux systèmes industriels.

Aujourd'hui, les capteurs sont présents partout : smartphones, automobiles, satellites, avions, stations météorologiques, montres connectées, appareils électroménagers ou robots. Grâce à eux, les appareils peuvent s'adapter automatiquement à leur environnement et prendre des décisions de plus en plus intelligentes.

Le microphone

Le microphone est un capteur capable de transformer les sons en signaux électriques. Il permet à un appareil électronique de capter la voix, la musique ou tout autre bruit afin de les enregistrer, les transmettre ou les analyser. Sans microphone, les téléphones, les ordinateurs, les assistants vocaux ou les systèmes de visioconférence ne pourraient pas entendre ce qui se passe autour d'eux.

Le son est produit par des vibrations. Lorsqu'une personne parle ou qu'un instrument de musique joue, les vibrations mettent l'air en mouvement. Ces variations de pression, appelées ondes sonores, se propagent jusqu'au microphone.

À l'intérieur du microphone se trouve une fine membrane, appelée aussi diaphragme. Les ondes sonores la font vibrer. Ces vibrations sont ensuite transformées en un signal électrique dont la forme reproduit fidèlement les variations du son d'origine. Ce signal peut alors être amplifié, enregistré ou converti en données numériques.

Il existe plusieurs types de microphones. Les microphones dynamiques utilisent une petite bobine qui se déplace dans un champ magnétique. Ils sont robustes et largement employés sur les scènes de concert. Les microphones à condensateur offrent une meilleure sensibilité et une excellente qualité sonore. Ils sont très utilisés dans les studios d'enregistrement, les radios et les laboratoires. Les microphones MEMS, extrêmement petits, équipent aujourd'hui la plupart des smartphones, tablettes et objets connectés.

Le niveau sonore se mesure en décibels (dB). Cette unité permet de comparer l'intensité des sons.

• Une respiration : environ 10 dB.
• Une conversation normale : environ 60 dB.
• Une rue très fréquentée : environ 80 dB.
• Un concert de rock : entre 100 et 120 dB.
• Au-delà d'environ 120 dB, le son peut devenir douloureux pour l'oreille.

Exemple : lorsqu'on donne un ordre à un assistant vocal, le microphone capte la voix et la transforme en signal électrique. Ce signal est ensuite numérisé puis analysé par un microprocesseur qui reconnaît les mots prononcés avant d'exécuter la commande demandée.

Les microphones sont présents dans les téléphones, les casques audio, les appareils photo, les ordinateurs, les caméras, les systèmes de sécurité, les voitures, les appareils auditifs et de nombreux robots. Ils permettent également de mesurer le bruit dans les villes ou de surveiller certaines machines industrielles en détectant des sons anormaux.

Grâce aux progrès de la miniaturisation et du traitement numérique du son, les microphones modernes sont devenus extrêmement sensibles tout en restant très petits. Certains appareils utilisent même plusieurs microphones afin de supprimer les bruits parasites et d'améliorer la qualité de la voix enregistrée.