Calibration de boussole

Le magnétomètre du téléphone est sensible à deux sources d'erreur. Le biais fer-dur vient des aimants permanents à l'intérieur du téléphone (haut-parleurs, moteur de vibration) et des coques métalliques — ceux-ci ajoutent un décalage constant aux trois axes magnétiques. La distorsion fer-mou vient de matériaux ferromagnétiques qui déforment le champ autour d'eux quand le téléphone tourne — ceux-ci mettent à l'échelle et inclinent le champ apparent. Les deux erreurs s'accumulent à mesure que le téléphone est secoué et que l'environnement magnétique proche change. Sans calibration, votre boussole peut pointer 20–60° à côté du cap vrai. Les systèmes d'exploitation de téléphone exécutent une calibration continue en arrière-plan mais ne réussissent que si vous tournez assez l'appareil. Cet outil vous donne une vérification délibérée plutôt que d'attendre que le mouvement ambiant le fasse.

Interprétation pratique de l'écart entre cap de magnétomètre et de gyroscope après un mouvement de calibration en huit : sous 3° est excellent, le type de précision nécessaire pour les apps de navigation AR et arpentage ; 3–7° est bon et acceptable pour la randonnée, le géocaching et la navigation occasionnelle ; 7–15° est médiocre et causera une dérive notable dans la recherche d'itinéraire en plein air ; au-dessus de 15° signifie que votre téléphone nécessite une recalibration immédiate via les paramètres OS ou un huit plus fort. La boussole extérieure standard nécessite environ 2° de précision pour être utile à 10 km de distance — une erreur de cap de 2° se projette à 350 mètres d'incertitude de position. La déclinaison magnétique (la différence entre nord vrai et magnétique) varie par localisation et ajoute 0–20° en plus selon où vous êtes, donc la plupart des apps de boussole appliquent une correction de déclinaison à partir d'une consultation du Modèle Magnétique Mondial.

Le champ magnétique terrestre est d'environ 25–65 μT selon la latitude. Toute masse ferromagnétique proche déforme ce champ localement. Un ordinateur portable sur le bureau, une lampe en métal, un réfrigérateur, les barres d'acier dans un sol en béton ou même un couteau de cuisine dans un tiroir peuvent déplacer votre lecture de magnétomètre de 5–50 μT à courte distance. Se déplacer dans la pièce vous déplace entre ces zones de distorsion, changeant votre cap magnétique apparent même si votre gyroscope rapporte correctement aucune rotation réelle. C'est pourquoi les téléphones demandent souvent de calibrer "loin de l'électronique et des objets métalliques" — la calibration ne fonctionne bien que si elle moyenne sur de nombreuses orientations dans un champ approximativement uniforme. La calibration extérieure en terrain ouvert produit toujours un écart plus serré que la calibration intérieure.

Le mouvement en huit en l'air balaie le téléphone à travers des orientations tridimensionnelles qui couvrent les six "octants" de l'espace d'orientation (la sphère de toutes les attitudes possibles du téléphone). Le biais fer-dur apparaît comme un décalage constant sur le vecteur magnétique — le huit permet à l'algorithme de calibration d'ajuster une sphère à vos lectures de magnétomètre, et le centre de cette sphère est le décalage fer-dur à soustraire. La distorsion fer-mou est plus complexe — elle déforme la sphère en ellipsoïde, et l'algorithme ajuste un ellipsoïde puis calcule la transformation linéaire qui le re-sphérise. Sans mouvement 3D, calibrer seulement en tournant autour de l'axe vertical ne peut pas trouver la composante fer-dur verticale ou l'inclinaison fer-mou. Le huit prend typiquement 5–10 secondes de mouvement de poignet détendu.

Les lectures de magnétomètre sont absolues (toujours référencées au champ terrestre) mais bruyantes et lentes à mettre à jour parce que le champ est petit. Les lectures de gyroscope sont relatives (mesurent seulement le taux de rotation) mais très rapides et propres. Les algorithmes de fusion de capteurs — Mahony, Madgwick et variantes du filtre de Kalman — les combinent avec filtrage complémentaire : aux hautes fréquences (mouvement rapide), faites confiance au gyroscope ; aux basses fréquences et sur des secondes, ramener l'estimation du gyroscope vers la lecture du magnétomètre pour empêcher la dérive non bornée. La fusion tourne à 100–400 Hz et produit un cap doux à faible latence qui gère à la fois les virages rapides et la stabilité long terme lente. iOS et Android exécutent tous deux cette fusion au niveau OS en utilisant le coprocesseur de mouvement Apple série A ou le Qualcomm Sensor Hub respectivement.

Oui, mais seulement avec des aimants forts. Un aimant typique de réfrigérateur (environ 5 mT de champ à la surface) est trop faible pour affecter le capteur de façon permanente, bien qu'il perturbe évidemment les lectures quand il est proche. Les aimants néodyme utilisés dans les coques de téléphone ou casques VR (50–500 mT) peuvent magnétiser de façon permanente les composants en fer à l'intérieur du téléphone, créant un biais fer-dur permanent que la calibration doit contourner. Les machines IRM (1,5–7 T) détruiront absolument la calibration d'un magnétomètre et peuvent endommager d'autres capteurs — n'apportez jamais un téléphone dans une salle IRM. Les aimants MagSafe d'Apple (environ 30 mT) sont réglés pour être juste sous le seuil de magnétisation permanente. Si votre téléphone montre en permanence un biais de 50–100 μT même après une calibration soignée, un aimant est probablement passé trop près.

Le Modèle Magnétique Mondial (WMM) est le produit conjoint du Centre national de données géophysiques des États-Unis et du British Geological Survey, mis à jour tous les cinq ans (édition actuelle WMM2025 valide jusqu'en 2029). Il modélise le champ géomagnétique principal comme une expansion en harmoniques sphériques de degré 12 et fournit déclinaison, inclinaison, intensité totale et intensité horizontale à n'importe quel emplacement et date. Les normes de boussole d'aviation et marine (ISO 25862 pour les boussoles marines, FAA TSO-C-46a pour aéronefs) exigent une précision de ±2° après calibration. Les magnétomètres de téléphone atteignent typiquement ±5° après calibration quand loin du métal. Les puces MEMS elles-mêmes (Bosch BMM150, ST LIS3MDL, AKM AK099xx) suivent les normes de capteur industriel comme JEDEC JESD22 pour la survie aux chocs. L'API Web Generic Sensor expose les lectures de magnétomètre calibrées déjà corrigées par l'OS pour les décalages fer-dur.