L’iPhone : « pocket lab » pour les étudiants en physique

Professeur de physique à l’UJF et chercheur à l’Institut Néel, Joël Chevrier a souhaité partager avec nous une expérience de TP de physique utilisant… des iPhones.

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L’iPhone : « pocket lab » pour les étudiants en physique

Publié le 27 janvier 2014
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Par Joël Chevrier

Pour la première fois à l’Université Joseph Fourier (UJF), un groupe de 25 étudiants de première année de licence suit des travaux pratiques de physique avec des iPhone 4. Ce projet en phase d’expérimentation s’appelle iMecaProf1. Pour en comprendre le principe, prenons l’exemple de la mesure de l’oscillation du pendule. Depuis les débuts de la Mécanique, l’oscillation du pendule a été un sujet d’étude important et fascinant. Dans la coupole du Panthéon, après l’expérience de 1851, le célèbre pendule de Foucault d’une masse de 28 kg au bout de ses 67 mètres de câble, oscille toujours imperturbablement dans un plan fixe par rapport aux étoiles révélant ainsi la rotation de la terre. A travers les albums de Tintin et Milou, le professeur Tournesol promène son pendule et sa fantaisie radiesthésiste. Très peu scientifique mais comment résister à ses « un peu plus à l’ouest« .

Comme le montre l’image ci-dessous, un visiteur entrant dans la salle d’expérience de la plateforme CIME Nanotech pourrait trouver des étudiants en train de faire osciller avec une grande attention un iPhone au bout d’un câble. Un doute pourrait alors l’effleurer quant au sérieux de l’enseignement dispensé dans notre université grenobloise.

iphone pendule
iphone pendule

En fait, grâce aux microcapteurs qu’il contient, l’iPhone ainsi balancé envoie toutes les informations nécessaires à une étude détaillée de son mouvement 100 fois par seconde à un PC par Wifi. L’iPhone 4 est « perfect for gaming » [ndlr : parfait pour jouer] avait lancé Steve Jobs lors de son show de présentation de son smartphone. Allons plus loin : ses microcapteurs sont si performants qu’il s’agit non seulement d’une potentielle console de jeux mais aussi d’une plateforme  expérimentale de haut niveau : un « pocket lab » [ndlr : laboratoire de poche]. A l’UJF, nous cherchons à montrer que les smartphones sont « perfect for teaching science » [ndlr : parfaits pour enseigner la science].

Autre exemple de cours de physique central en première année : la mécanique du point. Pour preuve le cours « Physics 1 : Classical Mechanics » est un des 10 cours les plus visionnés de la plateforme de cours du MIT. Notre logiciel iMecaProf permet de visualiser en temps réel les concepts et les outils de la physique associés (vitesse, accélération, orientation, énergie, vecteurs…). Nous pouvons ainsi aborder facilement les expériences classiques associées à ce cours qui sont d’habitude difficiles à mettre en œuvre. Pendule, chute libre (sic !), oscillation, rotation sur une platine vinyle… Pour les collisions en plein vol, nous avons finalement renoncé. Surprenant n’est-ce pas ?

Capture d'écran du logiciel iMecaProf

Bien sûr, c’est une surprise pour les étudiants, car c’est un usage des smartphones disons un peu décalé. Les nôtres n’ont pas de carte SIM et ne permettent pas de téléphoner ni de surfer sur le web. Des smartphones de physiciens… Ceci dit, nous sommes loin d’être les seuls à regarder les smartphones de plus près. Et même nous, nous aimons customiser nos appareils ! Une bille en verre de 20 micromètres placée sur la caméra du smartphone et le voilà transformé en microscope optique capable de voir les globules rouges2. L’American Physical Society a produit une application gratuite SpectraSnapp pour faire chez soi l’analyse spectrale de la lumière. Le capteur CMOS de la camera peut aussi être utilisé comme détecteur de radioactivité (application Geiger CCD 2.0). Pas très performant sur la vidéo mais ça marche ! On peut également en faire un très bon détecteur de vibration ambiante.

Mécanique, optique, radiation, acoustique, vibration, etc. La liste est longue. Pas très étonnant car vu par un scientifique, un smartphone est certes un téléphone et un ordinateur, mais c’est aussi deux caméras, un micro, deux haut-parleurs, un gyroscope 3D, un accéléromètre 3D, un magnétomètre, ensemble dans une même boîte connectée au monde numérique. Un vrai terrain de jeu pour enseigner la physique au lycée et à l’université.

Illustration slowburn♪ (Flickr, licence cc)

L’article original est à lire sur le site d’EchoSciences Grenoble.
(L’article original, sous licence CC nc-by-sa, est plus complet et comprend des vidéos).

  1. L’application iMecaProf est décrite dans Teaching Classical Mechanics using Smartphones
  2. Lire la publication “Cell-Phone-Based Platform for Biomedical Device Development and Education Applications” parue dans la revue PLOSone
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Créer un compte Tous les commentaires (11)
  • Bah, tout smartphone Android à 100€ dispose des mêmes capteurs.
    – acceleromètres 3 axes
    -boussole, inclinomètres 3 axes
    -gps ultra precis et rapide ( quand couplé à l’internet )
    -son et image
    -memoire flash à gogo

    J’ai bien apprécié l’app Google sky, qui m’a permis de voir venus en décembre, en vacances prés des tropiques, avecune carte du ciel devant vous pilotée par Gps et inclinomètres…

    C’est d’ailleurs une techno qui ne vient pas de apple, mais des consoles de jeux, la wii

    De nitendo ayant popularise ces capteurs…

    • C est bien vrai. Le but est de porter imecaprof sur android et sur tablettes. En cours. Apple contacte à travers Apple France il y a longtemps, n a manifeste d ailleurs aucun intérêt pour ce qui est un logiciel d éducation opérationnel ouvrant le concept de HomeLab. La science expérimentale chez moi, hors labo et avec de réelles performances basées sur du matériel que la plupart des étudiants ou lycéens ont de toutes façons. La question n est pas la performance des capteurs. Ils sont super et en plus intègres par construction au monde numérique. Pour enseigner, c est le pied…

      En cours aussi l utilisation pédagogique des smartphones pour l enseignement expérimental de l optique, l acoustique, la détection de photon gamma unique, les vibrations mécaniques , etc..

      HomeLab, pocketlab,… La puissance de la technologie ambiante est liée aux concepts scientifiques les plus fondamentaux pour le service de nos usages quotidiens. Il était vraiment bon ce Steve. Chapeau bas.

  • Il faut bien voir que tout smartphone à 100 balles
    Contient de quoi faire avec une app
    Une boite noire pour automobile…

    Recording video et son en boucle sur carte micro flash, avec detection des crash par l’accéléromètre, pour ne retenir que les 3 minutes avant et apres le crah, le gps fournissant les indications de vitesse, position exacte. Et bien sur, la carte SIM se charge d’appeler les secours..bien sùr, la connection data upload la video terminale dans le cloud au cas ou le vehicule brùle. Tres utile aussi pour rapporter les incendies de vehicules….

    Une lentille plastique posée sur l’objectif photo lui donne une vision à 360 degres.

    Bref, de la sécurite routière bien comprise
    Au tarif plancher…

    Dommage que le senat soit peuplé de vieux

  • Bien , mais quand on peut fabriquer ( bidouiller) et tester , c’est bien aussi ! c’est un bon souvenir que j’ ai d’ avoir fabriqué et expérimenté une nuit le freinage électro magnétiq : une bobine sous tension , un rotor en acier avec 3 spires ds un sens, 3 ds l’ autre sous tension …..le vieux syst Tesla probablement

    • En fait il faut bidouiller. Exemple je prépare un article sur l utilisation pédagogique des accéléromètres. Le milliG de détection, ce qui est super. Dans un smartphone, fréquence Max 100hz. Adieu l audio…
      Avec un accéléromètre a 2 euros, vous écoutez le monde vibrer autour de vous à l échelle Nano. Le microscope pour voir. L accéléromètre pour écouter l inaudible. Un accès au nanomonde par les oreilles.

      • rectif Le ralentisseur Telma de mémoire ( ça fait 35 ans) plus de détails : avec un alternateur auto Citroen GSA du fil 2,5 mm2 avec son isolant
        1) les 2 enroulements sont alimentées 12 v : le rotor tourne normalement
        2) 3 spires d’un enroulement et 2 sp de l’ autre enroul le rotor tourne difficilement il y a freinage
        3) 1 seul enroul sous tension : blocage impossible de faire tourner manuellement

        A Paris il y avait le Palais de la découverte un monde magique pour un ticket d’ entrée pas cher ……

  • Bonjour,

    Nous sommes flattés de découvrir l’intérêt que vous avez porté à notre plateforme et à l’article d’un de nos contributeurs. Joël Chevrier est d’ailleurs l’auteur de deux autres articles sur notre site, à découvrir sur son profil : http://www.echosciences-grenoble.fr/u/105

    N’hésitez pas à nous prévenir à l’avenir lorsque vous publierez des articles issus d’Echosciences et si possible à mentionner le nom de notre site plus explicitement.

    Au plaisir d’échanger avec vous
    L’équipe d’Echosciences Grenoble

    • Bonjour,
      J’ai modifié la mention « sur le web » en quelque chose de plus explicite. J’espère que cela convient ?
      J’avais déjà noté les autres articles de Joël Chevrier (celui sur la gravité) et je pense/espère que nous lui trouverons aussi une place.
      J’en profite pour vous féliciter et vous remercier de cette plateforme d’information scientifique sous licence Creative Commons. Sachant que la recherche publique est financée par des deniers publics, cette accessibilité au public est encore beaucoup trop peu commune en France aujourd’hui … (et d’ailleurs si vous avez d’autres sites/blogs scientifiques sous licence CC à mentionner, nous vous en remercions.)

      (Je vous recontacte aussi sur votre adresse mail)
      a+
      Bien cordialement.

      • Merci Vincent pour cette précision qui nous convient.

        Pour information, Echosciences Grenoble est une plateforme éditée par le Centre de culture scientifique, technique et industrielle La Casemate, qui est une association de type loi 1901 et non un centre de recherches, même si nous travaillons en étroite collaboration avec eux (et avec les universités grenobloises, les entreprises, d’autres associations, etc.).

        L’équipe d’Echosciences Grenoble

  • C est bien vrai. Le but est de porter imecaprof sur android et sur tablettes. En cours. Apple contacte à travers Apple France il y a longtemps, n a manifeste d ailleurs aucun intérêt pour ce qui est un logiciel d éducation opérationnel ouvrant le concept de HomeLab. La science expérimentale chez moi, hors labo et avec de réelles performances basées sur du matériel que la plupart des étudiants ou lycéens ont de toutes façons. La question n est pas la performance des capteurs. Ils sont super et en plus intègres par construction au monde numérique. Pour enseigner, c est le pied…

    En cours aussi l utilisation pédagogique des smartphones pour l enseignement expérimental de l optique, l acoustique, la détection de photon gamma unique, les vibrations mécaniques , etc..

    HomeLab, pocketlab,… La puissance de la technologie ambiante est liée aux concepts scientifiques les plus fondamentaux pour le service de nos usages quotidiens. Il était vraiment bon ce Steve. Chapeau bas.

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