📱 L'écran tactile : un condensateur sous ton doigt
Ton téléphone ne sent pas la pression de ton doigt : il sent… sa capacité électrique ! Sous la vitre, une grille d'électrodes transparentes forme avec ton doigt de minuscules condensateurs de quelques picofarads. Mets un gant de laine ou prends un stylo en plastique, et l'écran devient aveugle. Viens comprendre pourquoi.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Le doigt, conducteur relié au corps, et une électrode sous la vitre forment les deux armatures d'un condensateur plan ; la vitre est l'isolant (le diélectrique) entre les deux. Sa capacité vaut C = ε0·εr·S / e : quelques picofarads.
- Seuls les pixels recouverts par le doigt s'allument : plus la surface de recouvrement S est grande, plus la capacité ajoutée est grande. En comparant les pixels voisins, le contrôleur calcule le barycentre et localise le doigt bien plus finement que la taille d'un pixel.
- Le contrôleur charge chaque pixel à travers une résistance R : avec le doigt, la capacité augmente, donc le temps caractéristique τ = R·C aussi. C'est cette petite différence (quelques microsecondes) qui révèle le contact.
- Avec un gant, une couche isolante épaisse s'ajoute entre les armatures : la capacité s'effondre sous le seuil. Avec un stylet en plastique, il n'y a même plus d'armature conductrice : rien n'est détecté.
- Les mesures sont bruitées : si le seuil est trop bas, des pixels s'allument au hasard (bordure rouge) : ce sont des fausses détections.
Expériences à faire
- Double l'épaisseur de la vitre : que devient la capacité ajoutée par le doigt ? Et si tu doubles εr ?
- Appuie plus fort (rayon de contact plus grand) : combien de pixels détectent ton doigt ? La position calculée est-elle plus précise ?
- Avec le gant de laine, jusqu'où faut-il baisser le seuil pour être détecté ? Que se passe-t-il si tu le baisses trop ?
- Pourquoi un stylet capacitif a-t-il un embout en caoutchouc conducteur assez large ? Essaie de réduire son rayon.
- Avec ✏️ Ma vitre, compare une vitre en saphir et une vitre en verre : laquelle peut être plus épaisse pour la même sensibilité ?
La physique derrière l'animation
- Un condensateur est formé de deux conducteurs (armatures) séparés par un isolant. Il porte les charges +q et −q, proportionnelles à la tension : q = C × u, C étant la capacité en farads (F).
- Condensateur plan : C = ε0 · εr · S / e, avec ε0 = 8,85 × 10−12 F·m−1 (permittivité du vide), εr la permittivité relative de l'isolant, S la surface en regard des armatures (m²) et e leur distance (m).
- Deux isolants empilés (vitre + gant) : C = ε0 · S / (e1/εr1 + e2/εr2) ; une couche épaisse de faible εr fait chuter la capacité.
- Un capteur capacitif traduit une grandeur (ici la présence du doigt) en variation de capacité. On la mesure par la durée de charge à travers une résistance : u = E(1 − e−t/τ) avec τ = R·C.
- Modèle simplifié (« capacité propre ») : beaucoup d'écrans mesurent en fait la capacité entre lignes et colonnes d'électrodes (« capacité mutuelle »), que le doigt diminue ; le principe de détection reste le même.
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