HC-SR04 Arduino : Mesurer une Distance avec Précision en Tunisie

Il était 23 h dans un atelier poussiéreux de Sfax. Un étudiant de l’ENIT, penché sur sa breadboard, tentait depuis trois heures de stabiliser la lecture d’un capteur HC-SR04 destiné à un projet de parking intelligent. Les mesures sautaient de 12 cm à 287 cm sans raison. Le diagnostic ? Aucun condensateur de découplage, un câble jumper trop long, et surtout : aucun filtrage logiciel. Trente minutes plus tard, après ajout d’un filtre médian sur 5 mesures et passage à la librairie NewPing, son capteur affichait une précision de ±3 mm. Le HC-SR04 n’est pas un mauvais capteur — c’est un capteur qu’on comprend mal. Dans ce guide complet, vous allez apprendre à le maîtriser comme un ingénieur : de la physique des ultrasons à 40 kHz jusqu’aux projets industriels que nous montons au FabLab Sfax.

1. Comment fonctionne réellement le HC-SR04

Le HC-SR04 est un capteur de distance par ultrasons composé de deux transducteurs piézoélectriques : un émetteur (T) et un récepteur (R). Lorsque vous envoyez une impulsion HIGH d’au moins 10 µs sur la broche TRIG, le module génère automatiquement une rafale de 8 cycles à 40 kHz. Cette onde ultrasonore se propage dans l’air, frappe un obstacle, rebondit, et revient au récepteur. La broche ECHO passe à HIGH dès l’émission et retombe à LOW à la réception. La durée pendant laquelle ECHO reste à HIGH correspond donc au temps d’aller-retour (Time of Flight).

La formule fondamentale est distance = (vitesse_son × temps) / 2. À 20 °C, la vitesse du son dans l’air sec est de 343 m/s, soit 0,0343 cm/µs. On obtient donc la formule pratique : distance (cm) = durée (µs) / 58,2. Mais attention : à Sfax en juillet, il fait facilement 38 °C, et la vitesse du son grimpe à 354 m/s. Si vous utilisez la constante 58,2 sans correction, vous accumulez 3 % d’erreur, soit 6 mm sur 20 cm.

Plage de mesure réelle

Le datasheet annonce 2 cm à 400 cm. En pratique, voici ce que nous mesurons en laboratoire à Didactico :

2. Brochage et câblage propre

Le HC-SR04 possède 4 broches : VCC (5V), TRIG (entrée), ECHO (sortie), GND. Sur Arduino UNO R3, un câblage typique :

• VCC → 5V de l’Arduino
• GND → GND
• TRIG → broche numérique 9
• ECHO → broche numérique 10

3. Code basique avec pulseIn()

Voici le code minimal sans aucune librairie. Il fonctionne, mais nous verrons ses limites :

// HC-SR04 - Version basique avec pulseIn()
// Didactico Tunisie - didactico.tn

const byte TRIG = 9;
const byte ECHO = 10;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(TRIG, OUTPUT);
  pinMode(ECHO, INPUT);
  digitalWrite(TRIG, LOW);
}

void loop() {
  // 1) Impulsion de declenchement : 10 us a HIGH
  digitalWrite(TRIG, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG, LOW);

  // 2) Lecture de la duree d'echo (timeout 30 ms = ~5 m)
  unsigned long duree = pulseIn(ECHO, HIGH, 30000UL);

  // 3) Conversion en centimetres (formule a 20 C)
  float distance_cm = duree / 58.2;

  if (duree == 0) {
    Serial.println("Hors plage");
  } else {
    Serial.print("Distance : ");
    Serial.print(distance_cm, 1);
    Serial.println(" cm");
  }

  delay(100);  // 10 lectures par seconde max
}

Ce code marche, mais il bloque le programme pendant l’attente de l’écho (jusqu’à 30 ms par mesure). Pour un projet qui ne fait que mesurer une distance, c’est acceptable. Pour un robot qui doit aussi lire un joystick, gérer un afficheur OLED et communiquer en Wi-Fi, c’est rédhibitoire.

4. Correction selon la température tunisienne

La vitesse du son varie selon la formule : v = 331,3 + 0,606 × T (T en °C, v en m/s). En Tunisie, on passe facilement de 12 °C en janvier à 42 °C en août. Voici l’impact concret :

Si la précision compte (cuve d’eau, métrologie, projet académique noté), couplez le HC-SR04 avec un capteur de température DS18B20 ou un DHT22 :

#include <DHT.h>
DHT dht(2, DHT22);

float distanceCompensee() {
  float T = dht.readTemperature();
  if (isnan(T)) T = 25.0;  // fallback
  float vitesse = 331.3 + 0.606 * T;  // m/s
  float facteur = 20000.0 / vitesse;   // us pour parcourir 1 cm aller-retour

  digitalWrite(TRIG, LOW);  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG, HIGH); delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG, LOW);
  unsigned long t = pulseIn(ECHO, HIGH, 30000UL);
  if (t == 0) return -1.0;
  return t / facteur;
}

5. Passer au niveau pro avec NewPing

La librairie NewPing de Tim Eckel est, depuis 2012, la référence absolue pour piloter des capteurs ultrasons sur Arduino. Elle remplace pulseIn() par une lecture interne plus rapide, gère le timeout matériel, intègre la correction de température et permet le multi-capteurs. Installation : Outils → Gérer les bibliothèques → chercher “NewPing”.

#include <NewPing.h>

#define TRIG_PIN 9
#define ECHO_PIN 10
#define MAX_DISTANCE 300  // cm

NewPing sonar(TRIG_PIN, ECHO_PIN, MAX_DISTANCE);

void setup() { Serial.begin(115200); }

void loop() {
  delay(50);  // 50 ms minimum entre deux pings
  unsigned int distance = sonar.ping_cm();
  Serial.print(distance);
  Serial.println(" cm");
}

NewPing expose aussi ping_median(iterations) qui réalise 5 (ou plus) mesures et renvoie la médiane — exactement ce qu’il faut pour éliminer les valeurs aberrantes.

6. Filtrage médian et moyenne glissante

Un capteur ultrason renvoie occasionnellement des valeurs absurdes : un courant d’air, une réflexion parasite sur un obstacle latéral, ou simplement le bruit électrique d’un moteur PWM voisin. Deux techniques se complètent.

Filtrage médian (robuste aux outliers)

On prend 5 mesures, on les trie, et on garde celle du milieu. Une seule valeur folle dans le lot est automatiquement écartée.

float medianDistance() {
  float v[5];
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
    v[i] = sonar.ping_cm();
    delay(30);
  }
  // Tri par insertion (5 elements, c'est trivial)
  for (int i = 1; i < 5; i++) {
    float k = v[i]; int j = i - 1;
    while (j >= 0 && v[j] > k) { v[j+1] = v[j]; j--; }
    v[j+1] = k;
  }
  return v[2];  // valeur mediane
}

Moyenne glissante exponentielle (lissage continu)

float distanceLissee = 0;
const float ALPHA = 0.3;  // 0.1 = tres lisse, 0.5 = reactif

void loop() {
  float brut = sonar.ping_cm();
  if (brut > 0) {
    distanceLissee = ALPHA * brut + (1 - ALPHA) * distanceLissee;
  }
  Serial.println(distanceLissee, 1);
}

7. Lecture non-bloquante avec NewPingTimer

Dans un robot ou un projet IoT, vous ne pouvez pas vous permettre d’attendre 30 ms à chaque mesure. NewPing fournit ping_timer() qui déclenche une interruption Timer2 dès qu’un écho revient :

#include <NewPing.h>
NewPing sonar(9, 10, 300);
unsigned long prochain = 0;
volatile unsigned int distanceCm = 0;

void echoRecu() {
  if (sonar.check_timer()) {
    distanceCm = sonar.ping_result / US_ROUNDTRIP_CM;
  }
}

void loop() {
  if (millis() >= prochain) {
    prochain = millis() + 50;
    sonar.ping_timer(echoRecu);
  }
  // ICI vous pouvez gerer LCD, Wi-Fi, moteurs, etc.
  // sans aucun blocage
}

8. Trois projets complets

Projet 1 — Alarme de distance (anti-intrusion)

Buzzer actif sur D8, LED rouge sur D7. Quand un objet passe sous 30 cm, alarme.

#include <NewPing.h>
NewPing sonar(9, 10, 200);
const byte BUZZER = 8;
const byte LED = 7;
const int SEUIL = 30;

void setup() {
  pinMode(BUZZER, OUTPUT);
  pinMode(LED, OUTPUT);
}

void loop() {
  delay(50);
  unsigned int d = sonar.ping_median(5) / US_ROUNDTRIP_CM;
  if (d > 0 && d < SEUIL) {
    digitalWrite(LED, HIGH);
    tone(BUZZER, 2000);
  } else {
    digitalWrite(LED, LOW);
    noTone(BUZZER);
  }
}

Projet 2 — Niveau d’eau dans une cuve (très utile en Tunisie)

Le HC-SR04 est fixé au sommet d’une cuve de 1,5 m. Hauteur du capteur au fond = 150 cm. Niveau d’eau = 150 – distance mesurée.

const float HAUTEUR_CUVE = 150.0;  // cm
const float CAPACITE_LITRES = 1000.0;

void loop() {
  delay(500);
  unsigned int d = sonar.ping_median(7) / US_ROUNDTRIP_CM;
  if (d == 0 || d > HAUTEUR_CUVE) return;
  float niveauCm = HAUTEUR_CUVE - d;
  float pourcentage = (niveauCm / HAUTEUR_CUVE) * 100.0;
  float litres = (niveauCm / HAUTEUR_CUVE) * CAPACITE_LITRES;
  Serial.print(litres, 0); Serial.print(" L (");
  Serial.print(pourcentage, 0); Serial.println(" %)");
}

Combiné à un ESP32 et MQTT, vous avez un système de monitoring de citerne accessible depuis votre téléphone — projet idéal pour les zones rurales du sud tunisien.

Projet 3 — Aide au stationnement (parking assist)

Trois zones sonores : vert (> 80 cm), jaune (40-80 cm, bip lent), rouge (< 40 cm, bip rapide), STOP (< 15 cm, son continu).

void loop() {
  unsigned int d = sonar.ping_median(5) / US_ROUNDTRIP_CM;
  if (d == 0) { noTone(BUZZER); return; }

  if (d > 80)        noTone(BUZZER);
  else if (d > 40) { tone(BUZZER, 1500); delay(80);  noTone(BUZZER); delay(400); }
  else if (d > 15) { tone(BUZZER, 2000); delay(80);  noTone(BUZZER); delay(150); }
  else               tone(BUZZER, 2500);
}

9. JSN-SR04T : la version étanche extérieur

Le HC-SR04 classique n’aime ni l’humidité, ni la poussière, ni les variations brutales de température. Pour un projet extérieur (cuve d’eau exposée, capteur de proximité sur portail, robot d’exploration), la solution est le JSN-SR04T : capteur unique étanche IP67 séparé de l’électronique par un câble de 2,5 m. Brochage identique au HC-SR04, code identique avec NewPing. Portée typique : 25 cm à 450 cm, précision ±1 cm. Disponible chez Didactico avec connecteur étanche.

10. Multi-capteurs sans interférence

Si vous installez 4 HC-SR04 sur un robot (avant, arrière, gauche, droite), ils ne doivent jamais émettre simultanément, sinon ils captent les échos des autres. NewPing fournit NewPing::timer_ms(34, sequenceSonars) qui orchestre proprement la séquence :

#include <NewPing.h>
#define NB 4
NewPing sonars[NB] = {
  NewPing(2, 3, 200), NewPing(4, 5, 200),
  NewPing(6, 7, 200), NewPing(8, 9, 200)
};
unsigned int cm[NB];
byte courant = 0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  NewPing::timer_ms(33, suivant);
}

void suivant() {
  if (courant > 0) cm[courant - 1] = sonars[courant - 1].ping_result / US_ROUNDTRIP_CM;
  if (courant == NB) {
    courant = 0;
    for (byte i = 0; i < NB; i++) { Serial.print(cm[i]); Serial.print(' '); }
    Serial.println();
  }
  sonars[courant].ping_timer(echo);
  courant++;
}
void echo() { if (sonars[courant - 1].check_timer()) sonars[courant - 1].ping_result = sonars[courant - 1].ping_result; }

Les 5 erreurs qui ruinent votre projet

1. Alimentation faible : le HC-SR04 consomme jusqu’à 15 mA en pic. Si vous l’alimentez via la sortie 3,3V d’un Arduino UNO (limitée à 50 mA totaux), il devient instable. Toujours sur 5V.
2. Surface molle ou inclinée : un tapis absorbe les ultrasons, une vitre les renvoie ailleurs. Testez sur surface plane et dure.
3. Cône de mesure de 30° : le faisceau s’élargit avec la distance. Un obstacle de 10 cm de large à 2 m peut être manqué.
4. Pas de masse commune : si capteur et Arduino sont alimentés séparément, reliez impérativement les GND.
5. Fréquence d’échantillonnage trop élevée : minimum 50 ms entre deux pings, sinon les échos précédents polluent.

FAQ — HC-SR04 Arduino en Tunisie

Conclusion

Le HC-SR04 est l’archétype du capteur qui semble simple en surface et révèle une profondeur insoupçonnée à mesure qu’on l’utilise. De la mesure brute à 1 cm près jusqu’au système multi-capteurs millimétrique avec compensation thermique, c’est probablement le composant qui m’a le plus appris en électronique embarquée. Si vous démarrez, prenez un HC-SR04 et un Arduino UNO, suivez les exemples de ce guide étape par étape, et en une après-midi vous aurez compris des concepts qui resservent dans 80 % des projets capteurs.

Chez Didactico Tunisie, nous tenons en stock permanent à Sfax les HC-SR04 (versions 5V et 3,3V/5V), les JSN-SR04T étanches, les DS18B20 pour compensation thermique, et tous les Arduino UNO R3 authentiques. Livraison 24-48h dans toute la Tunisie (Tunis, Sousse, Sfax, Bizerte, Gabès, Nabeul, Monastir, Kairouan…). Pour aller plus loin, consultez notre guide complet Arduino UNO R3 et 10 projets pour débutants.

Et vous, quel projet montez-vous avec un HC-SR04 ? Partagez en commentaire — les meilleures idées rejoindront nos prochains tutoriels FabLab.

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