Un laboratoire dans ta poche

Aujourd’hui, laisse-moi commencer par te raconter une histoire.

Imagine un peu. Depuis toute petite, tu adores faire des expériences, que ce soit à la maison, à l’école, ou encore dans des musées que tes parents t’emmènent visiter. À l’école primaire, tu adores construire des maquettes et réaliser des projets scientifiques ambitieux. Quand tu arrives à l’école secondaire, tu as la chance d’avoir un professeur de physique qui adore la physique expérimentale : il te montre plein d’expériences et pas un de ses cours n’est endormant ou uniquement fait de théorie - si ce n’est pas lui qui te montre quelque chose d’exceptionnel, c’est toi et tes camarades qui avez la chance de manipuler toutes sortes d’objets insolites et de comprendre leur fonctionnement. Tout cela finit par te pousser vers des études de physique, et aujourd’hui, tu as enfin ton diplôme en poche : tu es professeur de physique !

C’est à ton tour de faire briller les yeux de tes élèves - tu en es persuadée, la physique, ils vont tous l’adorer. Tu trouves un poste dans une chouette petite école, mais lorsque tu échanges avec tes nouveaux collègues, c’est la déception : tu apprends qu’il n’y a pratiquement pas de matériel dans le laboratoire de physique, et que le directeur n’autorise presque jamais de commande de nouveau matériel. Tu rentres chez toi un peu dépitée, mais pas abattue - tu te mets à chercher sur internet s’il n’y a pas une solution à ton problème.

Et là - magie !

Tu tombes sur une pépite : Phyphox.

Phyphox, c’est une application qui permet de transformer n’importe quel smartphone en un laboratoire. Et comme, de nos jours, chaque élève possède son propre smartphone (à quelques exceptions près), ça veut dire que chaque élève dispose de son propre petit laboratoire dans sa poche !

C’est bon, tu reprends espoir. Tu vas quand même pouvoir faire plein d’expériences avec tes élèves !

Est-ce que cette histoire, elle t’est déjà arrivée ?

Ou bien tu connais peut-être certains collègues qui se plaignent de ne pas avoir de matériel pour faire manipuler leurs élèves ?

Alors c’est le moment de te faire découvrir Phyphox, à toi aussi.

Phyphox, ça veut dire “Physical Phone Experiments”.

C’est une application mobile qui utilise les capteurs déjà présents dans tous les smartphones. Grâce à ces capteurs, nous pouvons faire plein de mesures à l’aide de notre smartphone - il fallait juste que quelqu’un crée une interface pour pouvoir accéder aux données mesurées. C’est une équipe allemande qui s’en est chargée. Tu peux donc maintenant télécharger gratuitement Phyphox sur ton téléphone pour collecter, visualiser puis analyser tout un tas de données.

Voyons un peu les différents capteurs existants :

accéléromètre : il mesure l’accélération du téléphone selon trois axes (x, y et z), soit en tenant compte de g, soit sans en tenir compte. On peut visualiser l’accélération selon chacun des trois axes au cours du temps, on peut visualiser la norme du vecteur accélération et on peut obtenir la valeur de chaque composante, selon x, y et z.
gyroscope : il mesure la vitesse angulaire du smartphone, de nouveau selon trois axes. On peut visualiser les données sous forme de graphique ou obtenir les valeurs en (rad/s).
GPS : il donne la position du smartphone → latitude, longitude, altitude. En mouvement, il peut également donner la distance parcourue, la vitesse et la direction prise.
luminosité : il donne l’éclairement lumineux en lux
magnétomètre : il mesure le champ magnétique et sert de boussole dans notre smartphone
microphone : il mesure le niveau sonore ou encore la fréquence d’un son
chronomètre : tu connais, il mesure le temps !
baromètre : certaines smartphones ont également un capteur de pression, mais ce n’est pas le cas du mien, je ne peux donc pas tester ce que Phyphox peut faire grâce à lui !

Chaque capteur peut être utilisé directement, avec un bouton “play/pause” pour faire une mesure en direct. Il est aussi possible de déterminer à l’avance la durée d’une mesure, avec un compte à rebours, pour ne pas devoir toucher au smartphone durant la mesure, ou encore d’autoriser le contrôle à distance.

Si tu ne sais pas quoi faire de tous ces capteurs, Phyphox te propose directement des expériences à réaliser. Tu trouveras une liste d’idées depuis l’application, ou sur leur site web. Parfois, il y a une vidéo pour te montrer comment faire l’expérience. Tout n’est pas (encore) traduit en français, donc il te faudra comprendre l’anglais si tu veux accéder à tout. De mon côté, j’aime bien utiliser des outils en anglais avec les élèves - on fait un peu d’interdisciplinaire, et c’est l’occasion de leur rappeler qu’on ne fait pas grand-chose dans le monde scientifique si on ne parle pas anglais ! Si tu as des collègues qui sont profs d’anglais et qui ont tes élèves, c’est peut-être l’occasion de faire quelques cours en commun !

Pour te donner envie d’aller voir tout ce qu’il est possible de faire avec Phyphox, je vais te donner quelques idées :

Mesurer la durée d’une chute libre grâce à un chronomètre qui mesure la durée entre deux sons. Il faut trouver une astuce pour qu'il y ait un son émis au début et à la fin de la chute libre. À la fin, c’est facile : l’objet arrive au sol et va faire du bruit. Pour le début, il faudra être créatif ! Par exemple, tu peux utiliser un ballon gonflé, sur lequel est attaché l’objet qui va tomber. En faisant exploser le ballon, l’objet commence sa chute libre au moment où le son du ballon qui explose est émis. En réalisant l’expérience plusieurs fois, en démarrant de hauteurs différentes, on peut obtenir un joli graphique de la hauteur en fonction du temps, pour illustrer le MRUA.
Mesurer l’accélération centripète en plaçant un smartphone dans une essoreuse à salade, ou sur n’importe quel appareil qui tourne (une chaise de bureau, une roue de vélo, un jeu à la plaine de jeu). Il suffit de se mettre en mode “accélération centripète” dans l’application pour obtenir un graphique de l’accélération en fonction de la vitesse angulaire. Phyphox montre aussi directement la linéarisation des données en montrant l’accélération en fonction du carré de la vitesse angulaire.
Mesurer la vitesse du son en utilisant 2 smartphones placés à quelques mètres de distance : on utilise la fonction qui permet de mesurer une durée entre deux sons. Une première personne frappe dans ses mains à côté du premier smartphone, puis une deuxième personne frappe dans ses mains à côté du second smartphone. La vitesse du son correspond alors à 2 fois la distance entre les smartphones, divisée par la différence entre les 2 durées mesurées par chacun des smartphones.
Déterminer la relation entre la longueur d’un pendule et sa fréquence en demandant à chaque élève de construire une pendule avec son smartphone, et en utilisant des longueurs de fil différentes. On peut aussi déterminer la valeur de l’accélération gravitationnelle en construisant un pendule - à toi de voir dans quel sens tu préfères exploiter cette idée !
Mesurer la hauteur d’un bâtiment : cette fois, ce n’est pas une expérience que tu peux faire, mais bien une soixantaine ! Une équipe de scientifiques s’est lancée le défi de trouver le plus de façons possibles de mesurer la hauteur d’un bâtiment à l’aide d’un smartphone, et de l’application Phyphox. Tu peux toutes les retrouver sur un site francophone en cherchant “smartphone physics challenge” sur ton moteur de recherche. C’est un chouette défi à lancer à tes élèves !
Réaliser une expérience sur le changement climatique : tu peux aussi utiliser le capteur de luminosité pour une des expériences sur le réchauffement climatique dont je te parle dans un épisode précédent. Il s’agit de mesurer l’albedo de différentes surfaces, de couleurs et de textures différentes. Si tu ne vois pas de quoi je parle, tu peux aller écouter l’épisode n°22 qui s’appelle “Des expériences pour comprendre le changement climatique”.

Voilà quelques idées d’expériences concrètes que tu peux réaliser avec Phyphox. La précision des résultats dépend de la précision des capteurs dans les smartphones utilisés, mais avec des smartphones récents, la précision est en général très bonne.

Alors évidemment, Phyphox ne peut pas remplacer toutes les expériences faisables en cours de physique. Il te faudra toujours compter sur d’autres ressources pour beaucoup de chapitres. Mais c’est un point de départ qui me semble très intéressant pour tout un tas de mesures.

La prochaine fois que tu achètes un nouveau smartphone, ou que quelqu’un de ton entourage le fait, et que l’ancien smartphone n’est pas réutilisé, c’est le moment de le récupérer et de le ranger dans ton laboratoire de physique pour pouvoir l’utiliser en ayant moins peur de lui faire subir des dégâts lors de certaines expériences parfois un peu plus risquées.

On arrive au bout de cet épisode. J’espère que je t’aurai donné envie de télécharger Phyphox, et que tu vas prendre le temps de regarder tout ce qui peut se faire avec cette application !

Liens

Phyphox

Smartphone Physics Challenge

Expériences sur le changement climatique