Numérique et sciences informatiques (spécialité) · Première
Capteurs et actionneurs : exercices corrigés de 1re NSI
Publié le 6 novembre 2026 · Mis à jour le 6 novembre 2026 · Signaler une erreur
L'essentiel
- Un capteur mesure une grandeur physique et fournit un signal électrique associé ; un actionneur produit l'effet attendu par l'utilisateur.
- Entre les deux, le microcontrôleur exécute le programme : il lit les mesures et décide des actions à déclencher.
- Pour passer d'une tension à un entier (ou l'inverse), on utilise une proportionnalité à partir de l'échelle donnée.
- Pour chaque exercice : repère la grandeur d'entrée, la grandeur de sortie, écris la relation, calcule, puis vérifie l'unité et l'ordre de grandeur.
Comment utiliser ces exercices
Ces exercices te font manipuler la chaîne d'information d'un système numérique : ce qui mesure, ce qui décide, ce qui agit. Les premiers travaillent le vocabulaire et le repérage des rôles, les suivants demandent de petits calculs de conversion entre grandeurs physiques, tensions et entiers.
Cherche d'abord sans regarder : écris ta réponse, même incomplète. Si tu bloques, ouvre un indice, un seul à la fois. Compare enfin avec la correction pas à pas, et note précisément l'étape où ton raisonnement a divergé.
Dans un système réel, capteurs, microcontrôleur et éléments d'interface avec l'utilisateur collaborent ; l'ensemble peut aboutir au déclenchement d'actions précises, par exemple la modification d'un état 1. Le microcontrôleur est le point de passage : il reçoit l'information venue du capteur et choisit quoi commander.
Les exercices
Exercice 1 Capteur ou actionneur ?
Pour chacun des composants suivants, indique s'il joue le rôle d'un capteur ou d'un actionneur : (a) une photorésistance qui mesure la lumière ambiante ; (b) une LED qui s'allume ; (c) un thermomètre numérique ; (d) un moteur qui ouvre un volet ; (e) un buzzer qui émet un son ; (f) un capteur de distance à ultrasons.
Indice 1
Demande-toi : le composant mesure-t-il quelque chose, ou produit-il un effet ?
Indice 2
Un capteur fournit un signal électrique ; un actionneur agit sur l'extérieur.
Voir la correction pas à pas
Rappel : un capteur mesure une grandeur physique et fournit un signal électrique 2 ; un actionneur produit l'effet attendu par l'utilisateur 2.
(a) La photorésistance mesure la lumière : c'est un capteur.
(b) La LED produit de la lumière : c'est un actionneur.
(c) Le thermomètre numérique mesure une température : c'est un capteur.
(d) Le moteur du volet produit un mouvement : c'est un actionneur.
(e) Le buzzer produit un son : c'est un actionneur.
(f) Le capteur de distance mesure une distance : c'est un capteur.
Capteurs : (a), (c), (f). Actionneurs : (b), (d), (e). Le critère est toujours le sens de l'échange : mesurer le monde ou agir sur lui.
Exercice 2 De la tension à la température
Un capteur de température délivre une tension proportionnelle à la température : 10 mV par degré Celsius (0 V à 0 °C). Il délivre une tension de 0,235 V. Quelle température mesure-t-il, en °C ?
Indice 1
10 mV = 0,010 V.
Indice 2
Divise la tension mesurée par la tension délivrée pour chaque degré.
Voir la correction pas à pas
Convertis la sensibilité : 10 mV = 0,010 V par °C.
La tension est proportionnelle à la température : T = U / 0,010.
Calcule : T = 0,235 / 0,010 = 23,5.
Vérifie l'ordre de grandeur : 23,5 °C est une température ambiante plausible.
Le capteur mesure 23,5 °C.
Exercice 3 Lire une valeur convertie
Un microcontrôleur convertit une tension comprise entre 0 V et 3,3 V en un entier compris entre 0 et 1023 (conversion proportionnelle). Il lit l'entier 620. Quelle tension, en volts, cela représente-t-il ?
Indice 1
La tension maximale 3,3 V correspond à l'entier 1023.
Indice 2
Écris la proportion : U / 3,3 = 620 / 1023.
Voir la correction pas à pas
Écris la proportionnalité : U / 3,3 = 620 / 1023.
Isole U : U = 620 × 3,3 / 1023.
Calcule le numérateur : 620 × 3,3 = 2046.
Divise : 2046 / 1023 = 2.
La tension lue est de 2 V. L'entier 620 est un peu plus de la moitié de 1023 et la tension un peu plus de la moitié de 3,3 V : le résultat est cohérent.
Exercice 4 Du capteur à l'entier lu
Même conversion (0 V à 3,3 V pour les entiers 0 à 1023). Le capteur de température délivre 10 mV par °C. À quelle température correspond l'entier 341 lu par le microcontrôleur ? Donne d'abord la tension, puis la température en °C.
Indice 1
Calcule la tension : U = 341 × 3,3 / 1023.
Indice 2
Divise ensuite U par 0,010 V/°C.
Voir la correction pas à pas
Proportion : U / 3,3 = 341 / 1023.
U = 341 × 3,3 / 1023 = 1125,3 / 1023 = 1,1 V.
Température : T = 1,1 / 0,010 = 110.
Contrôle : 110 °C est très élevé pour une pièce, mais cohérent avec un capteur placé près d'une source de chaleur ; l'énoncé ne dit rien de plus.
L'entier 341 correspond à une tension de 1,1 V, soit 110 °C avec ce capteur. Un résultat inattendu invite à vérifier les unités avant de conclure à une panne.
Exercice 5 Finesse de la mesure
On reprend la conversion précédente (0 V à 3,3 V pour les entiers 0 à 1023, soit 1023 intervalles égaux) et le capteur de température à 10 mV par °C. Quelle variation de température, en °C, correspond à un changement d'une unité de l'entier lu ?
Indice 1
Calcule d'abord la tension correspondant à une unité : 3,3 / 1023.
Indice 2
Divise ensuite par 0,010 V/°C.
Voir la correction pas à pas
Tension pour une unité de l'entier : 3,3 / 1023 ≈ 0,003226 V.
Sensibilité du capteur : 0,010 V par °C.
Variation de température : (3,3 / 1023) / 0,010 ≈ 0,3226 °C.
Interprétation : le système ne distingue pas deux températures qui diffèrent de moins d'environ 0,32 °C.
Une unité de l'entier correspond à environ 0,32 °C : la mesure numérique a une finesse limitée.
Exercice 6 Piloter un servomoteur
On suppose qu'un servomoteur (actionneur) prend un angle proportionnel à la durée d'une impulsion de commande : 1 ms donne 0°, 2 ms donne 180°, avec une évolution linéaire entre les deux. Quel angle, en degrés, obtient-on avec une impulsion de 1,25 ms ?
Indice 1
Écris l'angle comme fonction affine de la durée.
Indice 2
De 1 ms à 2 ms, l'angle augmente de 180°.
Voir la correction pas à pas
Écart de durée utile : 2 − 1 = 1 ms pour 180°.
Écart pour notre impulsion : 1,25 − 1 = 0,25 ms.
Angle = 0,25 / 1 × 180.
Calcule : 0,25 × 180 = 45.
Le servomoteur se place à 45°.
Exercice 7 Seuil de déclenchement
Un ventilateur (actionneur) doit se mettre en marche quand la température dépasse 28 °C. Le capteur délivre 10 mV par °C et la conversion associe 0 V à l'entier 0 et 3,3 V à l'entier 1023 (proportionnelle). Quelle valeur, non arrondie, le programme du microcontrôleur doit-il comparer à l'entier lu pour fixer le seuil ?
Indice 1
Calcule d'abord la tension du capteur à 28 °C.
Indice 2
Convertis cette tension en entier avec la proportion U / 3,3 = N / 1023.
Voir la correction pas à pas
Tension à 28 °C : 28 × 0,010 = 0,28 V.
Proportion : N / 1023 = 0,28 / 3,3.
N = 0,28 × 1023 / 3,3 ≈ 86,8.
Le programme compare l'entier lu à 86 ou 87 selon la précaution voulue, puis commande le ventilateur.
Le seuil vaut environ 86,8, soit 86 ou 87 en entier. Le programme lit l'entier, le compare au seuil, puis commande l'actionneur.
Exercice 8 Concevoir une chaîne d'information
On veut un arrosage automatique : la plante est arrosée quand le sol est trop sec. (a) Indique un capteur, un actionneur et le rôle du microcontrôleur. (b) La mesure d'humidité est faite toutes les 30 secondes, sans interruption pendant une journée de 24 h : combien de mesures sont réalisées ?
Indice 1
Liste les trois maillons : mesurer, décider, agir.
Indice 2
Une journée de 24 h dure 24 × 3600 secondes.
Voir la correction pas à pas
Capteur : un capteur d'humidité du sol, qui mesure une grandeur physique et fournit un signal électrique 2.
Actionneur : une pompe ou une électrovanne, qui produit l'effet attendu, ici l'arrosage 2.
Microcontrôleur : il exécute le programme qui lit la mesure, la compare à un seuil et déclenche l'action 1.
Durée en secondes : 24 × 3600 = 86 400 s.
Nombre de mesures : 86 400 / 30 = 2880.
La chaîne est : capteur d'humidité → microcontrôleur → pompe. En 24 h, on réalise 2880 mesures.
Les questions qu'on se pose
Comment savoir si un composant est un capteur ou un actionneur ?
Regarde ce qu'il fait. S'il mesure une grandeur physique et fournit un signal électrique, c'est un capteur 2. S'il produit l'effet attendu par l'utilisateur, c'est un actionneur 2. Un appareil complet peut contenir les deux : analyse alors chaque composant séparément, en te demandant à chaque fois si l'information va du monde vers le système ou du système vers le monde.
Pourquoi faut-il faire des conversions entre tension et grandeur mesurée ?
Le capteur fournit un signal électrique associé à la grandeur mesurée 2, pas la grandeur elle-même. Le programme doit donc retrouver la température, la distance ou la luminosité à partir de la tension ou de l'entier lu. Dans les exercices, on utilise une proportionnalité donnée par l'énoncé : on écrit le rapport, on isole l'inconnue, on vérifie l'unité et l'ordre de grandeur.
Sources
- Capteurs, microcontrôleur et interface homme-machine, Éduscol. Consulté le 6 novembre 2026.
- Les constituants de la chaîne d'information, Éduscol. Consulté le 6 novembre 2026.
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