SISMOWII - Un sismomètre 3D pour activités pédagogiques

SISMOWII - Un sismomètre 3D pour activités pédagogiques

Activité réalisée par Marc Tartière, 04-04-2008.

On peut utiliser l’accéléromètre de la Wiimote (manette de jeu de la Wii) comme capteur sismique 3D.
La manette de jeu de la Wii possède un accéléromètre permettant de jouer à différents jeux comme le tennis, le golf…
Cet accéléromètre 3D peut représenter un capteur sismique d’intérêt pédagogique peu onéreux et facile à mettre en œuvre.
La manette Wiimote coûte 40 euros et le bluetooth est installé très souvent d’origine sur les nouveau PC. Si ce n’est pas le cas, un dongle USB (20 euros environ) sera connecté au PC et permettra la communication Bluetooth

wiimote

I - Les caractéristiques de la Wiimote :

caractéristiques wiimote

Prix 39,99 €
Poids 138 g
Taille 15 cm
Bande passante 550 Hz en (Z) ; 1600 Hz en (X, Y)
Étendue de mesure ± 3 x 9,81 (ms– 2)
Dynamique 8 bits
La fréquence d’échantillonnage varie avec le système d’exploitation de l’ordinateur et avec le protocole de transmission sans fil utilisé.
L’ordre de grandeur de la fréquence d’échantillonnage est de 100 Hz.
La Wiimote est capable de réaliser la conversion analogique-numérique et de transmettre les signaux acquis à une centrale d’acquisition.

II – Connexion sans fil de la Wiimote au PC


La Wiimote doit être connectée à un PC. La communication se fait par une liaison sans fil de type bluetooth.
 
Comme beaucoup de protocoles de communication, le bluetooth synchronise la plupart des opérations avec une horloge temps réel. Cela permet notamment de synchroniser les échanges de données entre périphériques. Les signaux ne sont donc pas échantillonnés à une fréquence stable, mais la durée indiquée par l’ordinateur entre deux échantillons transmis est bien celle qui s’est « réellement » écoulée. Elle est donc conditionnée par le PC utilisé, l’OS …

III – Les logiciels à installer

La Wiimote doit transmettre ses données au PC via la communication bluetooth. Pour cela, il existe le logiciel GlovePIE. C’est un programme libre qui est utilisé pour diriger des informations d’un périphérique (clavier, joystick, autre...) vers un jeu, en simulant un autre type de périphérique.
GlovePIE possède la capacité de récupérer les données de la Wiimote.
Les données transmises pourront être directement enregistrées ces données dans un fichier au format texte ou être utilisées pour simuler la présence d’un joystick virtuel (dont la Wiimote simule la présence), envoyant des données à un programme de repérage dans les trois axe de l’espace X, Y, Z.
 
On peut résumer ces dialogues par le schéma suivant :

schéma d'organisation du tranfert des données

 

Il faut donc :
1 - Installer GlovePie
2 - Installer le programme d’émulateur de JoyPad (=joystick), PPJoy et connecter le JoyPad virtuel à un port COM de libre
3 – Installer le programme qui récupère les données transmises pour les afficher.

1° - Installation de GlovePie :

Télécharger le dossier GlovePIE030.zip sur le disque du PC. Le décompresser et faire un raccourci pour lancer le programme GlovePie.exe

2° - Installer le programme PPJoy qui peut être téléchargé à l’adresse :

http://www.geocities.com/deonvdw/PPJoy.htm
Installer, après l’avoir dézippé, le programme et suivre la fiche protocole d’installation, de configuration et de connexion du joystick virtuel.

3° - Installation d’un programme de acquisition des données :

Télécharger le dossier SISMOWii. zip. Le décompresser dans un dossier.
Ces programmes ont été réalisés par Dr. Wulfran FORTIN Prof. Agrégé de Sciences Physiques
Dans le dossier se trouve un fichier sismo.bat. Faire un raccourci de démarrage de ce fichier.

III – Faire un enregistrement d’ondes sismiques

1° - Connecter la Wiimote en bluetooth

2° - Attribuer un port COM de libre dans Parallel Port Joystick et PPJoy Com

3° - Lancer GlovePIE. Lorsqu’il est lancé aller dans Fichier et charger le fichier « JAVA-Generic Joystick Driver.PIE » présent dans le dossier SISMOWii. Cliquer sur le bouton « Run » ou Executer selon la langue choisie.

4° - Lancer le fichier sismowii.bat

Une fenêtre d’acquisition apparaît. Par défaut l’axe des Y est décalé de une unité. On peut le remettre à la même valeur que X et Z en appuyant sur 0.
Lancer l’acquisition en cliquant sur Start.

acquisition des données


Les points acquis défilent dans chaque fenêtre et leurs coordonnées s’inscrivent dans le tableau de droite.
Réaliser la manipulation souhaitée. (Voir partie Enregistrement obtenus)
Lorsque l’enregistrement est terminé, cliquer sur « copier dans le presse papier ».
On pourra alors coller ces valeurs dans un tableur et les visualiser sur un graphe.

IV – Les enregistrements obtenus

1° - Rupture d’une roche et genèse d’ondes sismiques :


Enregistrement sur 3 secondes lors de la rupture dans carrelage fixé à la table :

dispositif expérimental


Données acquises et visualisées dans Generis

Graphe généris

 

2° - Conduction d’ondes dans une barre de granite :

Genèse et enregistrement d’onde P.
La sismowii est maintenue à l’aide de 2 bracelets élastiques.

dispositif

Le dispositif expérimental


enregistrement ondes P
Enregistrement obtenu : ondes P

Genèse d’ondes et enregistrement d’ondes S :

Dispositif ondes S

enregistrement ondes S
Enregistrement obtenu : ondes S en Z mais également d’autres ondes générées par ces S en X et Y

Genèse simultanée d’ondes S et P :
On utilise le même dispositif mais le choc est porté sur l’arête du bloc.

enregistrement ondes P et S
Enregistrement des ondes P et S

Conclusion :

C’est certainement au collège que la SISMOWii trouvera le plus d’intérêt. Elle ne nécessite aucun câblage, aucun matériel spécifique à monter, à souder, simplement des logiciels gratuits.
La Wiimote permet une acquisition en 3D d’ondes. On peut ainsi illustrer au niveau collège le rapport entre rupture de matériaux et création d’ondes sismiques se propageant dans toutes les directions de l’espace.
De même, on peut ainsi justifier la notion d’atténuation de l’intensité puisque l’énergie se propage dans toutes les directions donc se répartie dans un volume plus important.
Il serait intéressant de connecter deux simowii au même PC : on pourrait alors envisager une mesure de vitesse des ondes. La connexion de deux Wiimotes au PC et leur reconnaissance en Joystick1 et Joystick2 est possible. Les scripts pour GLOVEPIE avec deux Wiimotes existent également. Il suffit ( !) de réaliser le soft pour acquérir simultanément les données des deux Wiimotes.
Ce dispositif est limité par sa vitesse d’acquisition puisqu’il ne descend pas en dessous de la milliseconde. Il est donc impossible sur des courtes distances d’effectuer de mesures de vitesse. Par contre sur des distances plus grandes, 10 ou 20 m dans une cour de collège ou de lycée, on peut commencer à envisager des mesures de vitesses.
La portabilité du système peut permettre de l’emporter sur le terrain pour effectuer des mesures de vitesses d’ondes dans des roches in situ : il faudra trouver des bancs rocheux suffisamment importants !

 

Navigation

Agenda


Lu
Ma
Me
Je
Ve
Sa
Di

Evénements à venir