Physique-chimie (spécialité) · TerminaleBac
Capteurs capacitifs : quiz de Terminale spécialité
Publié le 6 novembre 2026 · Mis à jour le 6 novembre 2026 · Signaler une erreur
L'essentiel
- Un capteur capacitif utilise un condensateur dont la capacité varie avec la distance, la surface ou le matériau placé en face.
- Pour un condensateur plan, C augmente avec la surface S et la permittivité ε, et diminue quand la distance d augmente : C = εS/d.
- On mesure la capacité en injectant un courant alternatif et en relevant la tension aux bornes du condensateur.
- En proximité, un capteur capacitif détecte métaux et non-métaux ; une électrode de masse intégrée permet de détecter aussi des isolants.
Avant de commencer
Ce quiz couvre le fonctionnement des capteurs capacitifs : le capteur de déplacement et le capteur de proximité. Il suppose que tu connais déjà la capacité d'un condensateur et le circuit RC. Les questions portent sur le principe physique, la relation entre la capacité et la géométrie, la façon de mesurer cette capacité, puis sur les usages et les limites de ces capteurs.
Quiz
16 questions · correction immédiate · ton score reste sur ton appareil.
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Ce type de capteur s'appuie sur l'effet capacitif pour repérer de petites variations de distance 2. Il n'est donc pas conçu pour de grands écarts : la capacité varie en 1/d, ce qui rend la mesure sensible surtout quand d est petite. Il ne mesure pas directement une température ni une tension.
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Face à l'électrode, la pièce à mesurer joue le rôle de seconde armature, à condition d'être conductrice : les deux ensemble forment un condensateur plan 2. L'air (ou un autre diélectrique) est l'isolant placé entre les armatures, mais il n'est pas lui-même une armature. La source sert à la mesure, elle ne constitue pas une armature du condensateur.
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Le plus souvent, l'électrode est un disque plat, ceint d'un anneau de garde qui reste isolé de l'électrode centrale 2. La bobine est le composant des capteurs inductifs, pas des capteurs capacitifs : ne confonds pas les deux familles.
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La distance et la capacité sont liées par une relation où d est au dénominateur 2 : . Quand d augmente, C diminue. L'erreur tentante est de croire qu'un écart plus grand « stocke plus » : c'est faux, les deux armatures s'influencent moins bien quand elles sont éloignées.
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On applique avec d = 1,0 × 10⁻³ m : F, soit 0,885 pF. L'erreur classique est d'oublier de convertir 1,0 mm en mètres : le résultat est alors 1000 fois trop petit.
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C est inversement proportionnelle à d. La distance est divisée par 4 (2,0 / 0,50), donc la capacité est multipliée par 4 : 3,0 × 4 = 12 pF. Une erreur fréquente est de soustraire ou d'additionner les distances au lieu de raisonner en proportionnalité inverse.
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On fait traverser le condensateur par un courant alternatif et on relève la tension qui apparaît entre ses bornes 2 ; cette tension renseigne sur la capacité. Un court-circuit décharge le condensateur et ne permet aucune mesure de capacité. Un champ magnétique constant relève d'un autre principe de détection.
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Les deux peignes imbriqués augmentent la surface capacitive quand un capteur peu épais est nécessaire 2. Comme C est proportionnelle à S, plus de surface donne une capacité plus grande, donc un signal plus facile à mesurer. Ce n'est certainement pas fait pour diminuer la capacité.
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Le capteur capacitif est très utilisé pour les faibles déplacements et pour les capteurs miniaturisés (MEMS) tels que les accéléromètres 2. Grâce à sa simplicité de fabrication, il existe des versions fonctionnant à plus de 1000 °C avec des isolants céramiques 2. Les distances de plusieurs kilomètres sont hors de portée : c'est la proposition à écarter.
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Les détecteurs de proximité capacitifs repèrent à courte distance tous types d'objets, car ils sont sensibles aux métaux comme aux non-métaux 3. Cette propriété les distingue d'un capteur fondé sur des courants induits dans une cible métallique, qui ne réagit qu'aux métaux.
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Autrefois mécaniques, ces dispositifs se passent aujourd'hui de plus en plus de tout lien physique avec la cible : le contact n'est plus nécessaire 3. L'interaction passe par un champ (magnétique, électrique, électromagnétique), par un capteur infrarouge ou par une caméra associée à une analyse d'image 3. Une caméra n'est donc qu'une possibilité parmi d'autres, pas une obligation.
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Sans électrode de masse, la détection exige que la cible puisse être reliée au potentiel de référence ; ces détecteurs servent donc pour des matériaux conducteurs, comme le métal ou l'eau 3. Un contenant isolant vide n'offre pas ce chemin : c'est pourquoi la réponse « isolants seulement » est fausse.
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L'électrode de masse sur la face de détection crée un champ électrique indépendant d'un chemin à la masse 3. On peut alors détecter des matériaux isolants ou conducteurs derrière une paroi isolante, par exemple des céréales dans une boîte en carton 3. Elle ne supprime pas le champ : elle le rend autonome.
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La sensibilité varie avec deux facteurs combinés : l'éloignement de l'objet et la nature du matériau visé 3. La distance de détection est liée à la permittivité relative εr de ce matériau, et un potentiomètre permet de régler la sensibilité pour couvrir une grande variété de matériaux 3. La couleur n'intervient pas : seule la permittivité compte pour le condensateur.
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La face sensible du détecteur constitue l'armature d'un condensateur, alimentée par une tension sinusoïdale qui crée un champ électrique alternatif devant le détecteur 3. La seconde armature est une électrode reliée au potentiel de référence. La bobine, elle, appartient aux détecteurs inductifs.
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La surface S de l'électrode intervient dans la relation entre C et d 2 : avec , C est proportionnelle à S. Doubler S double C. La réponse « multipliée par 4 » confond avec une relation en S², qui n'existe pas ici.
Les questions qu'on se pose
Pourquoi la capacité augmente-t-elle quand on rapproche la pièce du capteur ?
Dans un condensateur plan, la distance d entre les armatures est au dénominateur : . Rapprocher la pièce diminue d, donc augmente C. C'est précisément ce qu'exploite un capteur de déplacement capacitif : il déduit la distance de la capacité mesurée 2.
Quelle est la différence entre un capteur capacitif de déplacement et un capteur de proximité capacitif ?
Le capteur de déplacement sert à mesurer une variation de faibles distances 2. Le capteur de proximité sert à détecter la présence d'un objet à courte distance, métallique ou non 3. Le principe physique est le même, un condensateur dont la capacité varie, mais l'objectif change : mesurer une valeur dans un cas, signaler une présence dans l'autre.
Sources
- Document ressources Éduscol - Électricité et électronique, Éduscol (Ministère de l'Éducation nationale). Consulté le 6 novembre 2026.
- Capteur de déplacement capacitif, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.
- Capteur de proximité, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.
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