Physique · Sujet officiel n°9 · Session 2027
Prérequis : loi d'Ohm, loi des mailles, diviseur de tension ; caractéristique d'un dipôle ; notion de fonction et de régression linéaire (tableur) ; en CPGE : régime continu et théorème de Millman, filtrage linéaire du premier ordre et fonction de transfert, équation bilan d'énergie thermique, force de Lorentz, échantillonnage et conversion analogique-numérique, propagation des incertitudes. Matériel : thermistance CTN (≈ 10 kΩ à 25 °C), sonde de température de référence, bécher, plaque chauffante et agitateur magnétique, ohmmètre/multimètre, alimentation stabilisée 5 V, résistances de précision ; jauge de contrainte collée (120 Ω ou 350 Ω) sur une lame métallique encastrée, boîte de résistances ou potentiomètre d'équilibrage, amplificateur d'instrumentation (gain 100 à 1000), masses marquées ; capteur à effet Hall et bobine/fil parcouru par un courant connu ; carte d'acquisition (Sysam/LatisPro) ou microcontrôleur, traitement Python (numpy/scipy) ou Regressi.
Ce qui n'est pas exposé, et pourquoi. Cinquante minutes ne permettent pas de tout dire : trois éléments développés plus bas sont volontairement préparés mais non exposés, et gardés pour l'entretien, où ils répondent aux questions les plus prévisibles — le tableau de synthèse des six capteurs (au mieux distribué ou laissé au tableau en fin d'exposé), le plancher de bruit Johnson-Nyquist et l'application de l'effet Hall à la pince ampèremétrique. Annoncer ce choix à l'oral vaut mieux que de le subir : mieux vaut trois idées exploitées que six survolées.
Le téléphone posé sur la table sait s'il est à plat ou debout, dans quelle direction est le nord, quelle est la luminosité de la pièce, et parfois à quelle altitude il se trouve. Une voiture récente compte plusieurs dizaines de dispositifs du même genre ; une salle de travaux pratiques en aligne autant, du pH-mètre au capteur de pression. Tous répondent à un même besoin : rendre accessible à un circuit électrique une grandeur qui, elle, n'a rien d'électrique — une température, une force, un champ magnétique, un flux lumineux.
C'est la fonction du capteur. Et c'est un sujet de physique avant d'être un sujet d'électronique : derrière chaque capteur, il y a un effet physique — la conduction thermiquement activée d'un semi-conducteur, la piézorésistivité d'un alliage, la force de Lorentz sur des porteurs de charge, la création de paires électron-trou par un photon. La question directrice de cette leçon sera donc : comment passe-t-on d'un effet physique à une mesure fiable, chiffrée, avec son incertitude ?
La réponse tient en trois temps, qui structurent l'exposé. Il faut d'abord une loi de transduction et sa courbe d'étalonnage, ce que l'on construit dès la seconde. Il faut ensuite conditionner un signal souvent minuscule, ce qui justifie le pont de Wheatstone étudié en CPGE. Il faut enfin admettre que le capteur est lui-même un système physique : il a une inertie, une bande passante, un bruit, et il finit numérisé, donc quantifié.
Le mot important de cette définition est « convertit » : le capteur ne « mesure » pas, il traduit. La mesure, elle, n'existe qu'au bout d'une chaîne dont le capteur n'est que le premier maillon. Confondre les deux est l'erreur la plus fréquente sur ce thème, et elle a des conséquences concrètes : quand une mesure de température est mauvaise, la faute incombe aussi souvent au conditionneur, au convertisseur ou au contact thermique qu'au capteur lui-même.
Développement complet des deux parties, illustrations expérimentales détaillées, questions d'entretien avec éléments de réponse, biblio commentée. L'accès ouvre les55 leçons et tous les corrigés d'annales jusqu'au 31/08/2027, à 99 € au lieu de 149 € jusqu'au 31 octobre 2026.
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