Quand on ouvre le menu accéléromètre dans FizziQ on trouve deux types d'accélération : l'accélération linéaire et l'accélération absolue. D'autres applications comme Phyphox les nomment aussi accélération sans g et accélération avec g. Quelle est la différence entre ces différents types d'accélération ?
Dans un précédent post sur l'accélération, nous avons vu que l'accéléromètre de notre portable tient compte de la gravité. Au repos il affiche 9,8 m/s². Le problème est que cette composante de l’accélération de la pesanteur ne correspond pas forcément à ce que nous percevons être l'accélération. Depuis que nous sommes nés, nous sommes habitués à vivre avec la gravité, et de la déduire automatiquement de nos perceptions. Des expériences ont ainsi montré qu'à quelques mois les bébés ont déjà acquis la notion qu'un objet tombe si il n'est pas tenu. L'accélération que nous aimerions mesurer et qui est utile pour de nombreuses utilisations est donc celle qui est due uniquement aux mouvements de l'utilisateur. C'est à dire qu'il faut déduire de l'accélération la composante gravité. C'est ce que l'on appelle l’accélération linéaire (ou accélération sans g).
Si l'on considère le portable au repos, on peut déterminer les composantes de l’accélération de la pesanteur grâce aux mesures de l'accélération absolue x, y et z. Si on fait un déplacement retiligne sans changer son orientation, les composantes du vecteur gravité restent les même dans le repère du portable, et nous pouvons calculer l’accélération linéaire.
Cependant si, au cours d'un déplacement, notre portable change d’orientation, il n’est plus possible de savoir comment est orientée le vecteur gravité dans le repère de notre portable et donc nous ne pouvons plus calculer l’accélération linéaire.
Heureusement, il y a dans la plupart des portables deux autres autres capteurs qui peuvent nous aider : le magnétomètre et le gyroscope. Ces deux capteurs sont également des MEMS et donnent d’autres informations qui vont nous permettre de calculer l’accélération linéaire.
Le gyroscope est un capteur qui permet de calculer la vitesse de rotation de notre smartphone dans les trois directions. Il nous permet de calculer à tout moment comment le mobile a pivoté par rapport à sa position initiale. Grâce au gyroscope, nous pouvons déterminer à tout moment comment l'orientation du portable a été modifiée par rapport à son état initial de repos. En appliquant ces changements au vecteur initial calculé pour l’accélération de la pesanteur, on peut alors déduire de l'accélération absolue constatées sa composante et ainsi déterminer l'accélération linéaire.
Le magnétomètre peut également être utilisé pour calculer l’accélération linéaire. Il permet de calculer le champ magnétique auquel est soumis notre portable. En l’absence de tout autre champ magnétique (comme un aimant ou un objet fero-magnétique), le magnétomètre donne les coordonnées du champ magnétique terrestre, ce qui permet de connaître le nord par exemple. Ce champ est très stable et peut donc être utilisé comme référentiel absolu. Comme on connait le champ magnétique à l'instant initial, on peut connaître les changements d'orientation du portable en comparant le vecteur du champ magnétique a tout instant, et donc d'ajuster la composante gravité de l'accélération pour déterminer l'accélération absolue. Avec une limite cependant : si un objet aimanté ou fer-magnétique est proche du capteur, sa mesure sera affectée et le référentiel sera faux. Ceci explique que le gyroscope soit un meilleur capteur pour calculer l’accélération linéaire que le magnétomètre.
Il semblerait au vue de ce qui précède que la meilleure méthode pour calculer l'accélération linéaire utilise la combinaison accéléromètre et gyroscope. Cependant un élément supplémentaire doit être pris en compte. En effet, le gyroscope consomme significativement plus d'énergie qu'un accéléromètre, qui lui même consomme beaucoup plus que le magnétomètre. Tout dépend donc de la précision dont on a besoin et de l'énergie que l'on est prêt à dépenser pour atteindre cette précision.
Pour résumer, voici un petit tableau de l'utilisation simultané des capteurs :
Capteurs Calcul de l'accélération linéaire
Accéléromètre Mauvais
Accéléromètre+Gyroscope Bon - forte consommation
Accéléromètre+Magnétomètre Moyen - faible consommation
Accéléromètre+Magnétomètre+Gyroscope Excellent - très forte consommation