Chapitre 14 – Lumière, couleurs et photodétecteurs | 2nde Bac Pro MAMA | Physique-Chimie | ⏱ 30 min
Dernière mise à jour : 5 mai 2026, format manuel scolaire
Karim, technicien chez SafeWood à Cholet, doit installer une barrière immatérielle sur la zone dangereuse d'une scie à panneaux. Cette barrière utilise des cellules photodétectrices : si un opérateur ou un objet coupe le faisceau infrarouge, la scie s'arrête immédiatement.
| Éclairement (lux) | Résistance (kΩ) |
|---|---|
| 0 (obscurité) | 1 000 |
| 10 | 50 |
| 100 | 5 |
| 1 000 | 0,5 |
| 10 000 | 0,05 |
| Type | Réponse | Usage |
|---|---|---|
| Photorésistance LDR | R varie avec éclairement | Détection éclairage ambiant |
| Photodiode | Génère un courant proportionnel à I | Mesure rapide |
| Phototransistor | Amplifie le signal | Barrière de sécurité |
| Cellule photovoltaïque | Génère électricité | Panneaux solaires |
a) Que mesure une photorésistance ?
b) Sa résistance varie-t-elle dans le même sens que l'éclairement ou en sens inverse ?
a) Une photorésistance mesure l'éclairement : sa résistance varie selon la quantité de lumière reçue.
b) En sens inverse : plus il y a de lumière, plus R diminue. C'est une caractéristique non linéaire (logarithmique).
Vérifier sur le tableau que multiplier l'éclairement par 10 divise R par 10 (loi en puissance).
10 lux → R = 50 kΩ ; 100 lux → R = 5 kΩ → ratio /10 ✔
100 lux → R = 5 ; 1 000 lux → R = 0,5 → /10 ✔
1 000 → 10 000 : 0,5 → 0,05 → /10 ✔
Confirmé : la LDR suit approximativement \(R = K / E\) (loi inversement proportionnelle).
Karim place la cellule à 50 cm de l'émetteur IR. L'éclairement reçu est de 1 000 lux quand le faisceau est libre. Quelle est R en mode passant ?
Quand un objet (main, planche) interrompt le faisceau, l'éclairement chute à ≈ 100 lux (lumière ambiante seulement). Quelle est R alors ?
Faisceau libre (1 000 lux) : R = 0,5 kΩ = 500 Ω.
Faisceau coupé (100 lux ambiant) : R = 5 kΩ = 5 000 Ω.
La résistance varie d'un facteur 10 (passage à 5 kΩ) → l'automate détecte facilement le changement.
L'automate déclenche la coupure si R > 2 kΩ (seuil). Cette valeur est-elle bien choisie ?
Le seuil de 2 kΩ est entre R(faisceau libre) = 0,5 kΩ et R(coupé) = 5 kΩ. C'est bien dans la bonne plage.
Plus précisément, on choisit en général un seuil à mi-chemin (en log) : √(0,5 × 5) ≈ 1,58 kΩ. Le seuil 2 kΩ est correct.
Si seuil trop bas : déclenchements intempestifs (ex : passage d'un nuage). Si trop haut : risque de ne pas détecter rapidement → danger.
Pourquoi utiliser un faisceau infrarouge et non visible ?
Avantages de l'infrarouge :
Karim vient lire qu'une photodiode serait plus rapide qu'une LDR. Pourquoi est-ce important pour une barrière de sécurité ?
Une LDR a un temps de réponse de l'ordre de 10-100 ms (lent). Une photodiode répond en moins d'1 µs (10 000 fois plus rapide).
Pour la sécurité : si une main passe à 1 m/s à travers le faisceau, la LDR détecte avec un retard pouvant atteindre 100 ms → la main aurait eu le temps de parcourir 10 cm. Avec une photodiode, le retard est négligeable.
Pour une barrière de sécurité, on utilise obligatoirement des photodiodes ou phototransistors. Les LDR sont réservées à la mesure d'ambiance lumineuse (allumage automatique de l'éclairage).
Le système doit aussi s'autotester : si l'émetteur tombe en panne, le récepteur ne reçoit plus rien → la scie doit s'arrêter.
Est-ce le cas avec ce système ? Justifier.
Oui : si l'émetteur tombe en panne, le récepteur cesse de recevoir l'IR → R augmente → seuil dépassé → coupure de la scie.
C'est un principe de sécurité positive (« fail-safe ») : en cas de défaut, le système se met automatiquement en sécurité. C'est obligatoire pour les barrières immatérielles homologuées (norme EN ISO 13849-1, niveau de performance PL = e ou d).
Karim rédige la fiche d'installation et de test de la barrière immatérielle. 5 lignes max.
Barrière immatérielle scie — SafeWood
• Émetteur IR + récepteur photodiode placés à 50 cm de chaque côté de la zone.
• Faisceau libre : R ≈ 0,5 kΩ (mode passant) — Faisceau coupé : R ≥ 5 kΩ (alarme).
• Seuil automate : 2 kΩ. Coupure scie en < 1 ms.
• Test mensuel : interrompre volontairement le faisceau → vérifier coupure scie.
• Sécurité positive : panne émetteur = scie arrêtée. Conforme EN ISO 13849-1.
Comparer le rôle de la photorésistance dans 2 contextes : (1) capteur crépusculaire d'éclairage public, (2) barrière de sécurité. Pourquoi le 1er accepte une LDR mais pas le 2e ?
Capteur crépusculaire : détecte la nuit pour allumer l'éclairage. Variations lentes (heures), pas critique sur la milliseconde. LDR convient parfaitement (peu cher, fiable, suffisant).
Barrière de sécurité : détecte un obstacle en quelques ms. Doit être très rapide et fiable. LDR insuffisante → photodiode ou phototransistor obligatoires.
Bon principe : choisir le capteur en fonction du temps de réponse requis et du niveau de criticité.
📚 Cette activité s'appuie sur §5 (Les photodétecteurs) et §6 (Éclairement et flux lumineux) de la leçon Ch14.