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Murphy is back

dimanche 22 avril 2007, par Eric P.

Dans la série « on accumule toutes les emm..des », nous re-voici au top.

Le premier propulseur étant terminé sur le plan mécanique, il est temps maintenant de passer aux essais. On plonge donc l’hélice dans un seau d’eau (car les collages n’ont pas encore été faits, des fois que, et on laisse donc le moteur à l’air libre), on branche sur l’alimentation avec variateur de la perceuse 12V et on envoie les Watts.

Ca brasse à la perfection et la poussée semble au rendez-vous. Mais au bout d’un moment, ça commence à sentir le chaud, et une légère fumerole monte du moteur. Arrêt en catastrophe, et séchage express.

Le moteur est brûlant. Il faut dire que l’intensité moyenne enregistrée est de 5A environ, le tout sous 12V. Cela nous fait une puissance absorbée de 60W, et par conséquent une dissipation thermique par effet Joule d’environ 24W (le rendement de ce type de moteur n’est que de 60% au mieux de sa forme, selon les données constructeur). Si vous avez déjà touché une ampoule électrique de 24W, vous pouvez comprendre que ça fait quelques degrés d’élévation de température.

Mauvaise limonade :-(

Bon, sachant que dans la réalité on va alimenter ce moteur en 6V pour le faire tourner moins vite, il serait peut-être bon de faire le test avec cette tension. OK, on remonte chercher l’alim de labo réglable et on recommence. C’est moins terrible, mais ça reste chaud quand-même, et je crains qu’additionné au fait que le compartiment sera hermétiquement clos en fonctionnement normal, notre moteur ne soit pas capable de tenir pour un aller-retour rive / lieu d’expérimentation, et encore moins quand il s’agira de traîner un filet à plancton. [1]

Grosse crise de rage, et on plante tout de déception. D’habitude, je range toujours l’atelier en fin de journée, mais là, j’avais trop les boules. Fin du premier round avec défaite du constructeur.

 Et si...

... on refroidissait le moteur ?

Il y a bien la solution du serpentin avec circulation d’eau, couramment employée en modélisme pour les bateaux de course, mais ça commence à devenir compliqué. De plus la circulation d’eau ne pouvant être suffisante avec la seule vitesse de déplacement du radeau, il faudrait y ajouter une pompe. Trop tordu.

Et puis je me suis souvenu qu’un passionné de petits sous-marins radio-commandés expliquait qu’il faisait tourner ses moteurs dans l’eau, sans aucun problème.

Comment cela peut-il fonctionner, surtout si on se rappelle la triste fin du célèbre Claude François ?

Avant d’aller plus loin, un petit mot d’avertissement.

Ne tentez JAMAIS ce qui est décrit ci-après avec autre chose que de la très basse tension, c’est à dire 12V au grand maximum. De plus, faites attention à ce que les appareils alimentés par le secteur, ainsi que les prises de courant et rallonges ne soient en aucun cas exposés à l’eau.

Nous ne pourrons être tenus responsables de tout incident, voire accident, survenu lors de vos éventuelles expérimentations personnelles.

Impatience maximale jusqu’à la prochaine session, et ruée vers l’atelier le WE suivant pour tester cela.

 Avant les TDs, il faut se farcir l’amphi

Pour commencer, contrairement à la croyance populaire, l’eau pure ne conduit pas le courant. Si vous ne me croyez pas, vous pouvez le vérifier sur Wikipédia (rubrique eau distillée).

La raison en est simple : une matière ne conduit l’électricité qu’à condition qu’il y ait des charges électriques (électrons et/ou ions) libres en son sein. Là aussi je n’invente rien, et si vous voulez tous les détails, retour sur Wikipédia, rubrique Conductivité électrique.

Or la molécule d’eau pure est strictement neutre sur le plan électrique. L’eau ne devient conductrice que si on en modifie la composition en y ajoutant ajoutant des composés chimiques (du sel par exemple), ce qui va créer divers ions lors de la dissolution (de chlore et de sodium dans l’exemple du sel), ou en modifiant son pH, en libérant des ions H+ ou OH- selon le cas. Dans les deux cas de figure, il y a apparition d’ions. L’eau du robinet par exemple est légèrement conductrice, du fait de sa minéralisation naturelle, et des produits désinfectants ajoutés (chlore très souvent), mais cela reste faible ainsi qu’en témoigne l’illustration suivante :

JPEG - 73.4 ko

Cette mesure a été faite en espaçant les pointes de touche d’à peine 1cm. On enregistre presque 460kOhm, ce qui veut dire qu’avec une tension de 6V, on aura un courant de fuite de seulement 13µA. Autant dire rien, en comparaison des 5A consommés par le moteur.

Et on peut faire encore mieux :

- en remplaçant l’eau pas du liquide de refroidissement pour auto, on monte à 700kOhm
- en utilisant du White-Spirit, la résistance n’est pas mesurable avec le multi-mètre, et en fait elle est quasiment infinie. En effet, le White-Spirit est un solvant organique, et les solvants organiques ne sont pas conducteurs.

D’ailleurs, si vous voulez en voir plus, voici une illustration par la vidéo de diverses expériences de conductimétrie (vidéo au format XviD empruntée avec leur accord au Lycée Camille Pissaro) :

AVI - 4.7 Mo

  Et Claude alors ?

Mais alors, comment se fait-il que notre regretté Claude François se soit électrocuté dans sa baignoire ?

Tout simplement parce qu’avec le secteur EDF, on ne parle plus de 6V, mais de 230V efficaces, et donc de 325V en crête. En étant parfaitement sec, le fait de toucher des fils sous cette tension est déjà fatal, car la résistance électrique du corps humain n’est pas très élevée (n’oublions pas que nous sommes composés à 80% d’eau, et saline qui plus est) et qu’il suffit de quelques dizaines mA pour déclencher une tétanisation musculaire et donc un arrêt respiratoire, voire cardiaque. Si la peau est mouillée, voire immergée, on diminue encore plus la résistance de contact, et le courant résultant n’en sera que plus fort.

Conséquence : COUIC :-(

Pour être très précis sur ce sujet, très important dans la mesure où il concerne la sécurité, voici de plus amples détails.

Ce n’est pas directement la tension qui est nocive, mais l’intensité du courant qui traverse le corps. Pour info, voici les seuils généralement constatés, et qui sont rappelés dans toute bonne formation en entreprise liée à la sécurité électrique (je n’invente rien, je ne fais que ressortir mes notes du dernier stage suivi) :

- seuil de sensibilité au niveau du système nerveux : 0.45 mA
- seuil de perception cutanée : 1 mA
- seuil de déclenchement d’une contraction musculaire : 10 mA (à partir de 15 mA, on n’est plus en mesure de commander le relâchement de l’étreinte, et donc de se libérer)
- paralysie ventriculaire : 30 mA
- arrêt cardiaque : 1 A
- dommages irréversibles au système nerveux : 2A
- au-delà, brûlures graves, etc, etc...

La résistance approximative du corps humain (traversée complète) n’est que de l’ordre de 10kOhm. Et elle diminue bien entendu avec l’humidité cutanée, due simplement à la sueur par exemple.

Ensuite, le conséquences dépendent aussi du fait que le courant passe au voisinage d’organes sensibles (le coeur par exemple) ou non.

Et enfin, une petite précision en matière de terminologie. Si on est électrocuté, on est mort. Quand on prend le jus, on est électrisé selon la terminologie officielle C’est pour cela que les plaques qui sont apposées sur les locaux ou équipements dangereux parlent de soins aux électrisés, et non de soins aux électrocutés, car ceux-là, ce n’est malheureusement plus la peine de les soigner :-(.


Si après tout cela, il n’est pas reconnu que POBOT a une orientation pédagogique et une contribution à la diffusion des connaissances scientifiques, je crois que je vais tout laisser tomber et aller élever des chèvres dans le Larzac !!


 Et si on revenait à nos moutons ?

Vous constatez qu’on reste dans le domaine de l’élevage ovin :-)

On va en faire quoi de tout cela ? Et bien, on va tout simplement faire tourner notre moteur dans un liquide qui évacuera les calories vers les parois du compartiment. Celles-ci baignant dans l’eau, elles pourront les dissiper dans le milieu ambiant, sachant que de plus le PVC conduit assez bien la chaleur (on utilise des tubes PVC pour les circuits échangeurs des installations de chauffage par pompe à chaleur).

Et pour vous montrer que ça marche, voici des preuves (photos réalisées sans trucage) :

- à l’arrêt :

JPEG - 44.4 ko

- en marche :

JPEG - 95.4 ko

Ce qui dépasse à gauche est le moteur lui-même, et le câble d’alimentation ainsi que le domino de connexion sont directement dans l’eau.

Ca a fonctionné comme cela non-stop pendant une demi-heure, et le moteur se porte toujours comme un charme. On enregistre une sur-consommation liée au freinage du rotor du fait qu’il ne tourne pas à l’air libre mais dans un liquide, mais ce n’est pas dramatique.

La décision est prise : notre compartiment étanche sera donc... intégralement inondé.

 Quel liquide utiliser ?

Le White-Spirit serait le mieux, car :

- étant un solvant organique, il est isolant sur le plan électrique, comme vu précédemment
- il a une faible viscosité, et freinera donc moins le rotor
- il est gras, et fait donc office de lubrifiant et d’hydrofuge

MAIS :

- il est toxique pour l’homme (et aussi pour la femme)
- il est nocif pour l’environnement
- s’il se forme une poche de gaz et qu’elle atteint le collecteur du moteur, il y a risque d’explosion du fait des étincelles

Verdict : on oublie

Le prochain candidat est l’eau douce :

- peu conductrice (le mieux serait d’ailleurs d’utiliser de l’eau déminéralisée, et de la renouveler régulièrement pour en éviter la pollution par les infiltrations externes éventuelles)
- sans danger

MAIS :

- risque de corrosion des parties métalliques du moteur, à moins de démonter celui-ci régulièrement et de le vaporiser d’hydrofuge (genre WD40)

Reste le liquide de refroidissement pour moteur automobile :

- il est peu conducteur (moins que l’eau)
- il est non-corrosif (sinon, je ne donnerais pas cher du radiateur et du bloc moteur de votre voiture)
- il ne s’attaque pas aux durites et autres éléments en caoutchouc et assimilé
- les formules actuellement utilisées en font un produit non toxique pour l’être humain et sans danger pour l’environnement.

Conclusion : il semble donc qu’on tienne notre candidat.

Yapuka essayer pour de vrai...


[1Il faut reconnaître que sur le plan énergétique cette approche n’est pas optimale. Il vaudrait mieux faire tourner le moteur à sa vitesse nominale, et à mettre un réducteur pour diminuer la vitesse de l’hélice. Cela pose cependant d’autres problèmes :
- vu qu’on est alimenté en 6V, pour obtenir la même puissance, il va falloir un courant beaucoup plus intense, supérieur à celui que nos variateurs actuels peuvent encaisser (20A).
- passer en 12V serait possible en mettant les deux batteries de 6V prévues en série, mais les variateurs qui ont été approvisionnés ne vont pas au-delà de 7.2V
- un réducteur en ligne (planétaire) coûte pas loin de 50€

La solution actuelle du moteur 12V alimenté en 6V permet de maintenir la consommation à quelques ampères seulement, car le moteur choisi est de plus à consommation assez basse. De plus elle limite le budget en évitant de recourir à des variateurs de forte puissance et à des réducteurs planétaires.

Vos commentaires

  • Le 30 juillet 2007 à 21:19, par jipyd En réponse à : Murphy is back

    Bonjour,
    J’ai été intéressé par votre bidouille de moteur électrique refroidi en tournant directement dans l’eau tri-distillée, à défaut de white spirit, d’acétone, de trichlore, de tétracholure ou de .... solution de glycol au final.

    Sauf que wikipedia dit :

    http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89thyl%C3%A8ne_glycol#Inflammabilit.C3.A9

    Peu inflammable à l’état liquide, l’éthylène glycol peut se montrer explosif à l’état gazeux (voir exemple célèbre ci-après). Il est donc indispensable de le manipuler dans des locaux bien aérés (concentration inférieure à 100 mg/m³).
    L’électrolyse de l’éthylène glycol avec une anode en argent produit une réaction exothermique. L’incendie d’Apollo 1 est dû à cette réaction ; en effet, l’éthylène glycol, mélangé à de l’eau servait comme combustible à basse pression.

    ************

    Suggestion : quid du solvant nettoyeur de moteur électrique instead antigel ? Ininflammable. Agréé industries alimentaires...
    Référence produit n° 90190
    CHESTERTON Nettoyant pour moteurs électriques n° 273
    CHESTERTON INDUSTRIES BV
    CLONSHAUGHINDUSTRIAL PARK DUBLIN 17 IRELAND

    Je ne sais pas ce que c’est, ( trichlore ? ) mais c’est génial pour derrouiller un moteur 220 V de tondeuse à gazon grippé !
    Procédé : on vaporise grassement, on alimente, on démarre le moteur à la main, et ça tourne comme neuf ( étincelles sur les charbons, mais ça s’en fout ) et le collecteur est devenu un miroir...Ca nettoie et graisse même les roulements, sans toucher au vernis des bobinages !

    2) Pourquoi pas un tube métallique ( cuivre ) plutôt que en polystyrène ( conduction calorique ) ?

    Je vais essayer...un truc.

    A part ça, impressionnant le plateau à flotteurs ( à guidage laser / GPS / vocal, ah non, pas encore ? ) en piscine.
    J’ai donc un problème après la consultation de votre site : quoi bricoler de cool avec un microcontrôleur, à part peut-être un robot moucheur au fouet ??? Qui monte ses mouches lui-même avant , bien sûr !

    Sans rire ... intelligent et remarquable.
    Le site m’a plu aussi : les images s’ouvrent et se ferment directement en cliquant.
    Jamais vu encore cette élégance.

    A+

    ***************************

    Jean-Paul DELPECH * Radiophysicien

    6, rue Joséphine Gand

    57220 BOULAY Moselle

    Tel/Fax Dom : 03 87 37 10 31

    Mail Perso : jipydp gmail.com

    • Le 30 juillet 2007 à 21:36, par Eric P. En réponse à : Murphy is back

      Bonjour, et merci pour la critique élogieuse :-)

      Je ne connaissais pas le produit suggéré, mais je vais essayer de me tuyauter. Pour ce qui est des dangers du liquide de refroidissement, je suis parti du principe qu’étant donné que ce type de produit est délivré sans mention de danger particulier (contrairement aux produits inflammables et/ou toxiques), il y avait donc peu de dangers en utilisation standard.

      Pour ce qui est du choix du PVC, c’est simple : facilité de mise en oeuvre et d’usinage, facilité d’approvisionnement et coût modéré. Ce que le cuivre n’offre pas tout à fait.

      En fait j’ai réglé le problème différemment, comme expliqué dans l’article suivant de la même série. Tout simplement en choisissant un autre moteur, plus adapté aux conditions d’utilisation (ie bas régime), et qui par conséquent travaille dans sa plage optimale, avec un rendement largement meilleur par conséquent, et de ce fait une dissipation par effet Joule largement plus faible. Au pire, j’aurais opté pour un serpentin comme on le fait sur les bateaux de vitesse.

      Pour ce qui est du guidage laser et autres, vous n’êtes pas loin de la réalité car j’ai actuellement en chantier la centrale de navigation, avec les caractéristiques suivantes :
      - gestion par micro-contrôleur (ATMEL ATmega128)
      - liaison à terre bi-directionnelle (télé-contrôle et télé-mesure) par modem radio (longue portée (4000m) pour rester confortablement dans les marges de sécurité)
      - module GPS et compas numérique embarqués
      - liaison avec les périphériques (treuil, expériences,...) par bus I2C

      Il est également prévu une mini-caméra étanche qui permettra des prises de vues sous-marines, avec retransmission RF à terre.

      Restez en ligne pour la suite des aventures par conséquent :-)

      Cordialement

      Eric

      PS : pour ce qui est de l’affichage des images, je transmettrai le compliment à Julien qui n’a pas son pareil pour nous dénicher des extensions sympas

    • Le 31 juillet 2007 à 01:34, par jipyd En réponse à : Murphy is back

      Merci Eric .

      J’avais compris pour le PVC, et puisque ça fonctionne....
      When things ain’t broke, don’t fix them.

      Pour une caméra, certes aérienne, je ne vous fais pas l’insulte de vous transmettre le lien vers robologics.com.
      (Moins de 100 euros avec émetteur 500 m dégagés. Mais vous savez sûrement déjà, et elle n’est pas étanche !

      "Question : puis-je vous demandez à quel gaguejette mouillable vous pensez présentement ( pour faire avancer le schmilblick ?, enfin, le mien )

      Connaissez-vous la pratique des modélistes hydravion de noyer leurs composants dans du joint silicone à baignoire ?

      Question : faut-il faire petit ?
      Si oui, connaissez vous les "ordinateurs de poignet" SUUNTO ( suunto.com ) ?
      La carte mère tient dans une montre.
      GPS et compas ....entre autres trucs ( baromètre, logs .... ).

      Je peux fournir quelques exemplaires dont le fonctionnement est actuellement approximatif ( la batterie se décharge trop vite, pbs de contacts semble-t-il ), le site de réparations Europe ferme en Allemagne, mon amie américaine y travaille .....y a des poubelles .... les techniciens sont de ses amis.... ils ont - encore - des docs.

      Quel code emploie Julien ?

      Nb : je comprends ce qu’on peut faire en robotique, mais je suis totalement ignare dans ce domaine.
      Ma "culture" est récente ( une semaine à sympathiser avec le basicX ... )

      Pas oublier, à part le guidage au sextant de secours, la détection des maquereaux et le test du treuil par le lâcher opportun de la mitraillette .... dont les mouches ont été montées par le robot pêcheur...sans oublier le condensateur à électrocuter le poisson !

      Méfiez-vous, je suis curieux, imaginatif et bavard.
      N’est-ce pas ?

      *******

      Passionné, surtout aussi :

      De manière moins ludique, ma spécialité est la physique médicale ( traitement des cancers par irradiations - accélérateurs ) , ( sfpm.asso.fr, site pas terrible et, de mon point de vue, fortement à revoir ) où il manque cruellement de développements / développeurs autres que "établis" donc de produits / gadgets utiles indéveloppable donc indisponibles.
      Un monde médical dépassé par l’évolution des techniques ( IGRT = image guided radio thérapie ), avec des techniques émergentes ( tomotherapy.com ).
      Cher, tout ça, et disparate, mal maîtrisé et donc générateur de bêtises, sans insister sur l’accident d’Epinal ....
      ( Je sens que je m’énerve, là ).

      En clair, il y a un marché d’intelligence galvaudé et ... croustillant ! ( Par exemple, télémètre dynamique pour asservir le tir à la respiration du patient ... ) . J’en passe un tas ... de trucs

      Au cas où, comment puis-je transmettre des docs.... sur ce domaine ?

      Pour infos : trois jours de videos !!!

      http://canalc2.u-strasbg.fr/evenements.asp?annee=2007&page=3&idEvenement=325

      ******

      On a le droit de m’appeler Jipy tout court, comme tout le monde depuis 45 ans minimum.

      On a le devoir de m’envoyer paître comme une brebis du Causse si je deviens importun, car mon discours "promotionnel" n’a certes rien à voir dans le projet du forum...446.

      Sans être creux, le discours, non mais !
      Car, sérieusement, il me semble qu’il y a "de quoi".

      A+

    • Le 3 août 2007 à 21:28, par Julien H. En réponse à : Splash

      Bonjour Jipy !

      J’utilise "Splash" de Xuxu : qu’il en soit ici remercié.

      A bientôt,
      Julien.

    Répondre à ce message

  • Le 4 avril 2011 à 14:39, par Marc En réponse à : Murphy is back

    Je n’ai pas pu suivre la discussion depuis le début alors qu’elle semble intéressante. J’aimerais savoir ce qu’on est en train de fabriquer ici. tondeuse robot

    Répondre à ce message

  • Le 30 juillet 2007 à 23:28, par jipyd En réponse à : Murphy is back

    • Le 31 juillet 2007 à 00:16, par Eric P. En réponse à : Murphy is back

      Les propulseurs Voith-Schneider sont bien connus des modélistes navals, comme un morceau de bravoure à réaliser. J’en parlais dans un des premiers articles de cette série (http://www.pobot.org/Session-de-travail-du-15-juin-2006.html), avant-dernier commentaire au bas de la page, dans lequel j’avais d’ailleurs inclus le premier lien de votre liste.

      Leur seul défaut est la fragilité... et le fait qu’il en faut obligatoirement 2 sinon le bateau se transforme en toupie. Sans parler du prix.

    • Le 31 juillet 2007 à 01:41, par jipyd En réponse à : Murphy is back

      Bien, bon je débarque ...je ne connaissais pas et dans l’enthousiasme ...j’ai trouvé ça ... joli .

      A+

    Répondre à ce message

  • Le 21 mars 2014 à 13:33, par Bob En réponse à : Murphy is back

    Bonjour très bon article

    Répondre à ce message

  • Le 29 avril 2011 à 16:15, par Marc En réponse à : Murphy is back

    Le problème peut aussi provenir du fait que l’hélice se trouve trop en profondeur et que le moteur doit fournir plus d’effort à cause de la pression en profondeur. tondeuse robot

    • Le 12 mai 2011 à 19:05, par Julien H. En réponse à : Murphy is back

      Bonjour Marc,

      Non je ne pense pas du tout que la pression soit un problème à ce niveau-là, à quelques dizaines de centimètres de la surface de l’eau.

      Cela m’étonne de la part d’un Champion de France 2007 :)

    • Le 12 mai 2011 à 19:26, par ? En réponse à : Murphy is back

      Bonsoir,

      En complément de la réponse de Julien, je ne pense pas que la profondeur ait une quelconque influence sur la viscosité de l’eau. Je ne souviens pas avoir ressenti cela à l’époque où je faisais de la plongée sous-marine, et où il m’est arrivé de descendre jusqu’à 70 mètres ;)

      Bon, pour être honnête, la pression peut avoir une incidence sur les joints toriques utilisés au niveau des passages d’arbre, mais ici nous n’en avons pas (tube d’étambot simple rempli de graisse pour l’étanchéité, comme cela se pratique couramment en modélisme naval). De plus de tels efforts sur les joints ne se font sentir qu’à partir de profondeurs d’au moins 10 mètres (problème du durcissement des commandes sur les petits caissons photos).

    Répondre à ce message

  • Le 22 avril 2011 à 14:22, par Marc En réponse à : Murphy is back

    Le système de refroidissement par circulation d’eau me paraît la solution efficace pour ce moteur. robot piscine

    Répondre à ce message

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