Un périphérique de jeu doté d’axes est, lui aussi, parcouru par des circuits électriques. Ceux-ci viennent d’une part assurer le fonctionnement de ces boutons classiques, mais font aussi partie intégrante de la gestion des commandes analogiques. Il n’est cette fois plus question d’utiliser de simples interrupteurs mais un composant électronique capable de créer une modulation analogique du courant, c’est-à-dire capable d’adopter une multitude - une infinité en théorie - de positions différentes, et non plus deux positions. Le composant le plus simple capable d’assurer cette tâche est en réalité le potentiomètre, ici utilisé comme une simple résistance variable.

Ainsi, chaque axe dispose d’un circuit qui lui est propre et est constamment alimenté. Sur ce circuit vient prendre place un potentiomètre qui oppose une résistance plus ou moins grande au courant selon sa position. Le principe du potentiomètre est simple : c’est un composant formé de deux éléments : un arc résistif fixe et une aiguille mobile, capable de tourner sur elle-même et en contact avec l’arc. Un des côtés de l’arc et de l’aiguille sont reliés au circuit électrique, constituant chacun un pôle du potentiomètre. Lorsque l’aiguille est orientée vers le côté de l’arc relié au courant, la résistance est minimale. Plus elle s’en éloigne en tournant sur elle-même, plus le chemin que doit parcourir le courant électrique sur la partie résistive est important, et donc plus la résistance du potentiomètre est importante.

La rotation du potentiomètre va faire varier sa résistance au courant, et par là même faire varier l’intensité du courant, la tension étant constante ; c’est une simple application de la loi d’Ohm. C’est cette variation de l’intensité qui pourra être détectée par un autre composant. On retrouve donc bien la transcription d’un mouvement, la rotation de l’aiguille du potentiomètre, en un signal électrique, la variation de l’intensité dans le circuit associé à l’axe.

Une fois cerné le dispositif capable de créer des variations d’intensité, il reste à interpréter cette variation pour la transformer en une information compréhensible par l’ordinateur ou la console. En effet, nous n’avons jusqu’ici produit qu’un signal analogique inutile en tant que tel. L’interprétation est assurée par un convertisseur qui va transformer le signal analogique en une information numérique : on parle parfois de convertisseur ADC, acronyme anglais pour Analog-to-Digital Converter. Le convertisseur va associer chaque niveau d’intensité à une position du potentiomètre.

En théorie, ces niveaux d’intensité sont infinis, le convertisseur va donc fonctionner par plage d’intensité. Généralement, un convertisseur est capable de différencier 256 plages (8 bits), parfois 65 536 (16 bits), cette caractéristique dépendant essentiellement de la qualité du potentiomètre et d’une éventuelle amplification. Le convertisseur est donc capable de différencier autant de positions du potentiomètre. La précision d’une commande analogique est théoriquement proportionnelle au nombre de plages d’intensité différenciées : c’est là un point sur lequel peuvent se différencier des périphériques de jeu haut de gamme.

On comprend ici la nécessité de la calibration : le convertisseur doit d’abord s’étalonner en déterminant les valeurs minimales, maximales et la valeur médiane de l’intensité (lorsque l’axe est en position de repos). Une fois cet étalonnage effectué, il lui est possible d’associer ces valeurs aux positions extrêmes et à la position de repos de l’axe, et d’en déduire les associations intermédiaires entre valeurs d’intensité et position de l’axe.

Les périphériques de jeux actuels utilisant une connexion USB disposent tous de leur convertisseur analogique à numérique. Anciennement, cette conversion était effectuée par l’ordinateur, c’est pourquoi il était nécessaire de relier le périphérique à un port jeu capable de recevoir un signal analogique, car relié à un convertisseur ADC. En réalité, la calibration d’un périphérique USB est quasi invariable et très fiable, supprimant parfois sa nécessité, alors qu’un périphérique sur port jeu est directement dépendant du matériel qui l’accueille, rendant les calibrations nécessaires et fréquentes.

Comme la longueur de cette description en témoigne, le système de potentiomètres s’avère tout de même plutôt complexe, ce qui peut poser un problème notamment pour des périphériques sans trop de prétentions haut de gamme. Il existe à vrai dire une technologie alternative de détection des mouvements qui peut être utilisée dans des périphériques de jeux, en particulier des joysticks. Celle-ci est directement inspirée d’un autre dispositif, à savoir la souris, souris qui doit directement mesurer des rotations si elle est à boule, ou plus généralement mesurer celles de sa molette.

Le principe est le suivant : on dispose sur l’axe mis en rotation non un potentiomètre mais une roue dans laquelle sont creusées de petites ouvertures. De part et d’autre de cette roue prennent place une diode électroluminescente (LED) infrarouge et un capteur photoélectrique infrarouge. Lorsque la roue se met à tourner, elle laisse alternativement passer la lumière entre la LED et le capteur, ce qui fait produire à ce dernier un léger courant électrique, suffisant pour être détecté. A chaque passage de la lumière à travers la roue, il est donc possible d’enregistrer des pulsations électriques. Il suffit au final de compter le nombre de pulsations pour savoir de combien la roue s’est déplacée. En connaissant sa position initiale, il est donc possible de connaître la position réelle de la roue. En somme, si le déplacement de l’axe entraîne un déplacement linéaire de la roue, il est possible de connaître la position de l’axe : on retrouve le même principe qu’avec le potentiomètre.

Il est cependant nécessaire de connaître non seulement le déplacement mais aussi son sens, ce dont un seul capteur est incapable. Il faut donc disposer deux capteurs sur une même roue, l’un en léger décalage par rapport à l’autre, d’un quart de phase en réalité. Il suffit d’observer la succession de la modification des statuts des deux capteurs pour en déduire le sens de rotation.

L’intérêt de ce système est d’être moins sensible à l’usure, contrairement aux potentiomètres qui peuvent parfois avoir une durée de vie courte. En revanche, ce système est moins précis que les meilleurs systèmes de potentiomètres qui parviennent à distinguer 65 536 positions contre quelques centaines au maximum dans ce cas. En effet, il n’est pas possible de disposer davantage de fenêtres dans une roue de ce genre de dimensions. La précision du système photoélectrique est néanmoins largement suffisante pour la plupart des utilisations.

Toujours est-il qu’avec ce système photoélectrique ou un système de potentiomètre, on a bien la transcription d’un mouvement en informations qui pourront ensuite être envoyées à l’ordinateur ou la console. Au final, il ne reste donc qu’à concevoir un dispositif capable, à partir du déplacement d’une partie du périphérique de jeu, d’entraîner la rotation d’une roue ou de l’aiguille d’un potentiomètre. C’est ce à quoi nous nous intéresserons dans la sous partie suivante.

Le joystick est peut-être l’un des périphériques de jeux à commande analogique les plus complexe. En effet, c’est le seul à cumuler deux axes mus par une seule commande : le manche. Il lui est autant nécessaire de prendre en compte les mouvements horizontaux, de gauche à droite, sur son axe x, que les mouvements verticaux, de haut en bas, sur son axe y. Il a donc fallu développer un dispositif capable de déplacer l’aiguille de deux potentiomètres différents, sur deux axes perpendiculaires. Le résultat est certes efficace, mais assez complexe.

Un manche de joystick s’incline autour de son point de rotation et est ramené au centre, en position initiale, par un système de ressorts. Ce point de rotation est parfois en partie visible, tout comme une partie des ressorts destinés à le remettre en position. Mais en réalité, le manche du joystick ne s’arrête pas à ce point de rotation et se poursuit par une pointe plus fine qui vient se loger dans la base du joystick où une structure est destinée à détecter ses mouvements. Elle est globalement composée de deux éléments perpendiculaires et superposés, non solidaires, dans lesquels la pointe du joystick peut coulisser librement. La pointe est toujours prisonnière des deux éléments d’une forme généralement proche d’un U à branches courtes et qui sont donc globalement en forme d’arcs.

Chacun des arcs est maintenu à la structure (à ses deux extrémités) par deux points de pivot, autour desquels ils peuvent, dans une certaine mesure, tourner. Les points de pivot des deux arcs sont situés sur un même plan horizontal, mais ceux-ci sont disposés de telle sorte que la pointe du joystick puisse se déplacer dans tout l’espace en faisant s’incliner les arcs. L’un des deux éléments peut par exemple être disposé en U renversé au-dessus de l’autre. Il peut aussi avoir des branches plus longues et venir se placer en dessous de lui.

Supposons que le joueur incline le manche vers la droite. L’arc vertical va alors être incliné sur la gauche par la pointe du joystick, la position de l’autre arc n’étant pas modifiée (la pointe coulisse dans sa glissière). Le premier arc tourne donc autour de ses deux points de pivot. C’est là qu’intervient le potentiomètre. Celui-ci est en effet relié à l’arc et constitue en réalité l’un des deux points de pivot. Ainsi, lorsque le joueur incline le manche vers la droite, l’axe du potentiomètre tourne : son aiguille est déplacée par l’arc vertical qui s’incline. Notre objectif est atteint : le mouvement du joueur est bien transcrit en une activité électrique détectable. Il ne reste plus qu’au convertisseur ADC la tâche d’associer la valeur de l’intensité relevée à une position sur l’axe x horizontal et le tour est joué !

Le principe est sensiblement le même avec des capteurs photoélectriques en lieu et place des potentiomètres. C’est simplement le microprocesseur qui va déterminer la position du joystick en analysant son déplacement, perceptible grâce aux pulsations issues des capteurs. Ces pulsations sont elles-mêmes issues de la rotation de la roue percée entraînée par un des deux arcs lors de son inclinaison.

Le principe est également identique dans un stick analogique de manette de jeu. Toutefois, les dimensions de ce type de stick sont sensiblement réduites par rapport à un véritable joystick, et les contraintes physiques subies nettement moindres. Ainsi utilise-t-on plutôt des éléments en plastique dont seul l’un des deux est en forme d’arc, orienté cette fois vers le haut. L’autre élément est, lui, rectiligne et sert de support au stick tout en permettant son inclinaison. Le fonctionnement de ce système est cependant tout à fait identique et l’on retrouve également deux petits potentiomètres fixés à une extrémité de chacun de ces éléments.

Les choses sont nettement plus simples quand on en vient à évoquer le principe de fonctionnement d’un volant et son dispositif capable de mouvoir l’aiguille d’un potentiomètre à partir d’un mouvement du joueur. En effet, lorsque le joueur tourne le volant, il effectue déjà une rotation autour d’un axe. Il est donc uniquement nécessaire de disposer un potentiomètre dans l’axe de rotation du volant et l’affaire est réglée d’un point de vue électronique : le mouvement du joueur est bien transcrit en une modification de l’intensité du courant dans le circuit correspondant à l’axe principal.

En réalité, les contraintes de conception d’un volant sont plus strictement mécaniques. Il doit pouvoir résister à une force importante et un mouvement rapide exercés par le joueur lors de brusques coups de volant. Le volant doit donc être solidement fixé sur son axe et de préférence maintenu par un ou plusieurs roulements à billes. Il doit aussi être efficacement ramené au centre par un puissant ressort. Du reste, sa précision, comme celle de tout périphérique de jeu, est influencée par la qualité des composants qui l’équipent. En effet, le potentiomètre doit être le plus linéaire possible et le convertisseur ADC, le plus précis possible dans son découpage de plages d’intensité.

Le fonctionnement d’un pédalier de volant est lui aussi nettement moins complexe que celui d’un joystick. En effet, même si le potentiomètre n’est cette fois pas directement dans l’axe du mouvement, il est néanmoins facile d’entraîner le déplacement de son aiguille. Il suffit soit de le positionner sur un axe à la base de la pédale (la presser entraînera une rotation de cet axe, qui entraînera lui-même la rotation de l’aiguille du potentiomètre), soit de disposer une rampe crantée sous la pédale qui, lors de sa pression, entraînera une roue crantée, elle-même fixée sur l’axe du potentiomètre.

En réalité, les autres commandes analogiques disponibles sur les périphériques de jeux, telles que les gâchettes progressives des manettes, peuvent adopter le même principe de fonctionnement. Leur pression peut entraîner le glissement d’un élément qui entraîne lui-même la rotation de l’axe d’un potentiomètre. Il est ainsi possible d’associer, comme dans le cas des pédales, un niveau d’intensité à un niveau de pression sur la commande.

Une autre solution pour de simples boutons que l’on désire rendre progressifs, y compris des gâchettes : utiliser des dômes conducteurs. La pression du bouton entraîne un écrasement du dôme fortement conducteur sur une piste résistante : la résistance diminue et l’intensité augmente de façon suffisante pour être détectée et analysée. Le principe d’une commande analogique est donc à nouveau bien rempli. En somme, avec des solutions aussi simples, les simples boutons de type interrupteur détaillés dans la partie précédente risquent bien d’être en voie de disparition !