Il n'y a probablement pas beaucoup d'appareils de mesure basés sur un phénomène physique aussi instable que les altimètres barométriques. Et pourtant, ils sont toujours très utilisés, faute de mieux. Les progrès technologiques permettent même d'aller toujours plus loin dans la précision de cette technique, qui semble défier le bon sens. Bienvenue au Yocto-Altimeter-V2 !
Un altimètre barométrique mesure la pression atmosphérique pour déterminer l'altitude. Comme la pression atmosphérique en un point donné ne dépend pas que de l'altitude mais aussi de l'état de la masse d'air environnante, c'est-à-dire du temps qu'il fait, un altimètre barométrique est généralement utilisé en mode différentiel: on lui donne une pression atmosphérique connue à point donné à proximité, et l'altimètre calcule la différence d'altitude en se basant sur la différence de pression.
En théorie, cela parait simple et cartésien. Quand on entre dans les détails, on découvre pas mal de problèmes plus ou moins importants:
- La formule de calcul de l'altitude est une approximation, car en réalité le modèle physique est complexe. Il existe plusieurs formules: celle des aviateurs, celle des météorologues, et en plus elles changent selon les pays...
- Les conditions météorologiques au point de référence et au point mesuré ne sont jamais exactement les mêmes, ce qui fausse la mesure
- Les conditions météorologiques changent continuellement, ce qui exige une mise à jour continue de la pression de référence, et non une mise à jour unique
- Les capteurs de pression numériques basés sur la technologie MEMS ont une erreur non négligeable sur la valeur absolue de la mesure de pression
- L'erreur absolue des capteurs de pression MEMS a souvent tendance à dériver avec le temps
Malgré toutes ces difficultés, si l'on définit avec soin un scénario, on peut faire des petits miracles avec un altimètre barométrique. Et comme nous avons découvert depuis quelques temps un nouveau capteur de pression barométrique très stable et avec une sensibilité incroyable, nous n'avons pas résisté à la tentation de vous proposer un nouveau Yocto-Altimeter-V2.
Yocto-Altimeter-V2 vs. Yocto-Altimeter
Comme d'habitude, la nouvelle version s'intègrera partout où le Yocto-Altimeter était utilisé, sans même changer le logiciel. Mais la nouvelle version est à la fois bien plus précise (en absolu) et plus sensible aux variations.
Yocto-Altimeter | Yocto-Altimeter-V2 |
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La précision absolue du Yocto-Altimeter-V2 peut même être améliorée d'un ordre de grandeur par une simple calibration à un point, car ce nouveau capteur a une impressionnante stabilité et répétabilité de 0.01 mbar sur toute variation de 10 mbar entre 950 et 1050 mbar.
Un aspect étonnant de ce nouveau capteur est le faible bruit et la sensibilité aux très faibles variations de pression, et la forte corrélation des mesures fournies par deux capteurs différents. Pour démontrer cela, nous avons construit une petite expérience consistant à mesurer l'altitude relative entre deux Yocto-Altimeter-V2 qui voyagent dans un ascenseur miniature le long d'un mur. Chaque cabine d'ascenseur est une petite boîte en métal, avec à l'intérieur un Yocto-Altimeter-V2, un Yocto-Altimeter pour comparer et un YoctoHub-Wireless-g pour transmettre les mesures en temps réel:
Une nacelle d'expérimentation
Au sommet du mur, un enrouleur motorisé permet de faire monter et descendre les deux boîtes en alternance. L'enrouleur est fait avec un simple moteur en courant continu démultiplié, piloté par un Yocto-Maxi-IO-V2, qui permet aussi de lire les interrupteurs de fin de course.
L'ascenseur miniature installé
Voici ci-dessous en vert la mesure d'altitude estimée de l'une des nacelle, sur l'échelle de gauche, en fixant comme altitude de référence l'autre nacelle. Ce graphique a été volontairement fait en conditions défavorables, alors que la température - en rouge - baissait de manière significative. Grâce à l'utilisation en mode différentiel des deux altimètres, avec une correction toutes les 5 secondes, on garde pourtant une mesure très stable. La sensibilité de la mesure de hauteur, de l'ordre de quelques centimètres, semble tenir du miracle...
Les résultats du Yocto-Altimeter-V2
En comparaison, le Yocto-Altimeter de première génération dérive beaucoup plus vite par rapport au capteur de référence:
Les résultats du Yocto-Altimeter-V1
Attention, ne vous réjouissez pas trop vite: la dure réalité est prête à nous rattraper au galop. L'expérience ci-dessus se déroulait dans des conditions presque idéales, où les deux nacelles naviguaient dans le même air et restaient à la même température. Si l'on arrête maintenant les nacelles pour plusieurs heures à des hauteurs différentes, et qu'on laisse l'une des boîtes en métal chauffer un peu au soleil, on constate que l'échauffement de 5°C d'une boîte par rapport à l'autre lui fait prendre 0.5m d'altitude, alors qu'elle est bien sûr à l'arrêt:
Effet de la différence de température sur la mesure d'altitude
En voyant la corrélation très directe entre la différence de température entre les boîtes et l'erreur d'altitude, on se dit qu'une petite correction linéaire suffirait à régler le problème pour cette application en particulier. Peut-être... mais dans tous les cas, souvenez-vous de vous méfier des dérives des altimètre barométrique!