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 capteur de lumière

Le capteur de lumière est un composant électronique capable de mesurer la quantité de lumière présente dans son environnement. Il transforme l'énergie lumineuse reçue en un signal électrique qui peut être analysé par un circuit électronique, un microcontrôleur ou un microprocesseur.

Le principe de fonctionnement repose sur le fait que certains matériaux réagissent à la lumière. Lorsqu'ils sont éclairés, leurs propriétés électriques changent. Selon le type de capteur, la résistance, la tension ou le courant électrique varie en fonction de l'intensité lumineuse.

Il existe plusieurs technologies de capteurs de lumière. Les plus simples sont les photorésistances (LDR), dont la résistance diminue lorsque la lumière augmente. Les photodiodes et les phototransistors sont plus rapides et plus précis. Les appareils modernes utilisent souvent des capteurs numériques capables de mesurer directement l'éclairement et de transmettre cette information sous forme de données numériques.

L'intensité de la lumière se mesure en lux (lx). Cette unité indique la quantité de lumière reçue sur une surface.

• Une nuit sans lune : moins de 0,01 lux.
• Un salon bien éclairé : environ 100 à 300 lux.
• Une salle de classe : environ 300 à 500 lux.
• Un bureau : environ 500 lux.
• Le plein soleil : jusqu'à 100 000 lux.

Exemple : un smartphone possède un capteur de lumière situé près de son écran. Lorsqu'on passe d'une pièce sombre à l'extérieur en plein soleil, le capteur mesure l'augmentation de la luminosité. Le système augmente alors automatiquement la luminosité de l'écran afin qu'il reste lisible. À l'inverse, dans l'obscurité, il diminue cette luminosité pour économiser la batterie et éviter d'éblouir l'utilisateur.

Les capteurs de lumière sont également utilisés pour allumer automatiquement les lampadaires lorsque la nuit tombe, piloter l'éclairage des bâtiments, régler la luminosité des écrans, commander les stores automatiques, orienter les panneaux solaires ou encore déclencher certains appareils photographiques.

Pour obtenir des mesures fiables, le capteur doit être placé dans un endroit où il reçoit correctement la lumière ambiante. Une ombre, une saleté ou un obstacle devant le capteur peut fausser les mesures et entraîner un mauvais fonctionnement du système automatique.

Grâce à leur simplicité, leur faible consommation d'énergie et leur grande fiabilité, les capteurs de lumière sont aujourd'hui présents dans une immense variété d'appareils électroniques et participent à rendre les systèmes plus intelligents, plus confortables et plus économes en énergie.